PENGEMBANGAN SISTEM HIBRIDA ENERGI TERBARUKAN UNTUK JEMBATAN ANTAR PULAU Sebagai pengembangan lebih lanjut atas kerjasama awal antara Institut Teknologi Bandung, Direktorat Jenderal Bina Marga dan Sekretariat Tim Nasional Persiapan Pembangunan Jembatan Selat Sunda seiring dengan rencana penerapan pada Jembatan Suramadu dan rencana pembangunan Jembatan Selat Sunda.
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG KELOMPOK KEAHLIAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI 2010 - 2011
DAFTAR ISI
Halaman Kata Pengantar Paradigma Baru Pembangunan Jembatan Antar Pulau
1
Cakupan Studi
3
Sumber Energi Terbarukan
4
Potensi Energi Terbarukan
5
Teknologi Pemanenan Energi Terbarukan
10
S H E T - Sistem Hibrida Energi Terbarukan
20
Rekomendasi
21
Kepustakaan
22
Penghargaan & Apresiasi
23
KATA PENGANTAR
Mengantisipasi pentingnya mewujudkan ketahanan energi nasional disamping kebutuhan energi yang semakin meningkat akibat dari meningkatnya kegiatan perekonomian, maka LPPM-ITB telah membentuk Pusat Penelitian Energi Baru dan Terbarukan (PPE) sebagai sebuah wahana pengembangan IPTEKS multidisiplin dalam bidang energi. PPE-ITB juga mendorong semua peneliti ITB yang tergabung dalam kelompok-kelompok bidang keahlian untuk mendukung misi mewujudkan ketahanan energi nasional tersebut dalam satu kesatuan peta jejak penelitian.
Wakil Rektor ITB Bidang Riset dan Inovasi Dr. Ir. Wawan Gunawan A. Kadir
ITB menyadari bahwa ketahanan energi nasional yang kuat dan berkelanjutan hanya bisa diwujudkan dengan kerjasama yang intensif antara perguruan tinggi, pemerintah dan industri dalam berbagai bentuk kegiatan penelitian, pengembangan protipe serta produk yang bermanfaat nyata, teruji dan reliabel. Oleh karena itu ITB menyambut baik kerjasama yang telah dirintis oleh Kelompok Keahlian Teknik Fisika ITB dengan Kementerian Pekerjaan Umum dalam bentuk Studi Sistem Hibrida Energi Terbarukan (SHET) dari sumber lingkungan laut untuk kebutuhan energi listrik Jembatan Selat Sunda (JSS). Gagasan tersebut dianggap sangat berguna dan akan ditempatkan sebagai bagian yang tidak terpisahkan dari upaya ITB dalam membangun ketahanan energi nasional secara menyeluruh. Output yang dihasilkan dari kerjasama tersebut diharapkan pula dapat digunakan sebaik-baiknya oleh semua pihak yang berkepentingan. Diharapkan pula agar kerjasama tersebut dapat diperluas dan direalisasikan diwaktu yang akan datang. Secara khusus, ITB mengucapkan terimakasih kepada Wamen Kementerian Pekerjaan Umum, Dr Ir. Hermanto Dardak beserta jajaran terkait di lingkungan Kementerian Pekerjaan Umum, yang telah memberikan dukungan terwujudnya kegiatan penelitian awal yang telah dilaksanakan secara terintegrasi oleh KK Teknik Fisika, Oseanografi, Meteorologi dan Teknik Kelautan ITB.
"Dengan investasi yang sangat besar maka pembangunan jembatan antar pulau, seperti Suramadu dan Jembatan Selat Sunda hendaknya dapat memberi manfaat sebesar-besarnya bagi masyarakat luas, menciptakan keamanan dan keselamatan lalu lintas, mendorong pertumbuhan ekonomi masyarakat, menjadi sarana pembelajaran dan penelitian bagi generasi muda dimasa depan, serta dapat sebagai simbol keberhasilan pembangunan nasional yang membanggakan dengan terjalinnya konektivitas nasional antar pulau menggunakan state of the art rancang bangun mutakhir" Dr. Ir. A. HERMANTO DARDAK WAKIL MENTERI PEKERJAAN UMUM
“Pengembangan Sistem Hibrida Energi Terbarukan untuk jembatan antar pulau direncanakan dapat diaplikasikan di Jembatan Suramadu sebagai pilot project yang dapat di scale up dimasa yang akan datang sehingga nantinya dapat diterapkan di Jembatan Selat Sunda.” Ir. DJOKO MURJANTO, M.Sc DIREKTUR JENDERAL BINA MARGA
PARADIGMA BARU PEMBANGUNAN JEMBATAN ANTAR PULAU PENDORONG PERCEPATAN PEMBANGUNAN PEREKONOMIAN NASIONAL
SARANA RISET ILMU PENGETAHUAN DAN PENGEMBANGAN TEKNOLOGI
Pembangunan jembatan antar pulau tidak hanya merupakan pembangunan fisik jembatan tetapi lebih daripada itu merupakan upaya mempersatukan kegiatan ekonomi, sosial dan budaya masyarakat pada pulau yang dihubungkan.
Jembatan antar pulau umumnya merupakan jembatan bentang panjang yang perwujudannya membutuhkan biaya investasi yang besar, mengadopsi teknologi konstruksi dan material terkini, waktu perencanaan dan pelaksanaan yang lama, serta waktu operasi yang mencapai hingga 100 tahun.
Melalui pembangunan jembatan antar pulau akan tercipta keseimbangan dan pemerataan pembangunan yang saling melengkapi dan saling memperkuat. Ketersediaan konektivitas yang lebih baik akan memperluas daerah pengaruh dan jangkauan pusat perekonomian yang sudah berkembang. Pulau yang kurang berkembang pada gilirannya akan menjadi lebih kompetitif karena terhubung dengan pusat pemasaran dan akan tercipta pusat pertumbuhan ekonomi baru. Jembatan antar pulau akan menjadi pendorong percepatan pembangunan rantai perekonomian nusantara melalui sistem logistik yang lebih efisien, serta mening-katkan pertumbuhan ekonomi masyarakat melalui pariwisata domestik antar pulau. Dengan demikian, pemerataan pembangunan dan perekonomian sebagai amanat konstitusi dapat didorong perwujudannya.
Masing-masing jembatan antar pulau merepresentasikan tantangan dan capaian dalam berbagai bidang keilmuan. Setiap jembatan menjadi bukti capaian teknologi pada zamannya dan merupakan prestasi keahlian teknik dalam mensiasati tantangan alam. Pembangunan jembatan antar pulau menjadi sarana riset dan pengembangan multi sektor sejak awal persiapan hingga masa operasi dan pemeliharaan bagi peneliti di berbagai perguruan tinggi dan institusi penelitian lainnya baik di dalam maupun luar negeri. Riset yang dikembangkan tidak hanya di bidang teknologi jembatan beserta turunannya, tetapi juga dapat meliputi bidang ekonomi, sosial dan budaya. Pembangunan jembatan antar pulau dapat menjadi sarana mengaplikasikan hasil riset dan pengembangan teknologi, seperti teknologi material, struktur, teknologi pemeliharaan, sistem informasi, serta energi terbarukan.
1
GREEN BRIDGE
Green Bridge PEMANFAATAN ENERGI TERBARUKAN SEBAGAI SUMBER ENERGI JEMBATAN DAN DAERAH SEKITARNYA
Konsumsi energi untuk operasional jembatan terdiri dari kebutuhan untuk penerangan jalan, penerangan keindahan, pengoperasian pintu tol, kamera pengamat, alat komunikasi, sensor-sensor pemantau kesehatan jembatan, alat-alat pemeliharaan dan perbaikan jembatan, dan lain-lain. Besarnya kebutuhan energi untuk setiap jembatan dipengaruhi oleh faktor dimensi jembatan, kompleksitas operasional serta tingkat keamanan yang dibutuhkan. Penggunaan sumber energi fosil, pemanfaatan material yang tidak ramah lingkungan serta emisi gas buang dari kendaraan yang melewati jembatan merupakan pertimbangan khusus dimulainya gerakan Green Bridge dalam perencanaan jembatan-jembatan didunia saat ini. Daerah di sekitar jembatan antar pulau di Indonesia memiliki kekayaan sumber energi terbarukan seperti angin, surya, arus dan gelombang laut. Di berbagai negara pemanfaatan sumber energi terbarukan tersebut tidak hanya dimanfaatkan untuk kebutuhan operasional jembatan akan tetapi digunakan pula untuk kebutuhan energi kota atau daerah di sekitar jembatan. Di Indonesia teknologi pemanfaatan energi terbarukan secara terintegrasi dari berbagai jenis sumber masih relatif baru. Oleh karena itu untuk mencapai efisiensi dan nilai ekonomis yang tinggi dalam memanfaatkan sumber energi terbarukan serta memilih teknologi pemanenan energi yang tepat maka diperlukan serangkaian studi dan penelitian yang komprehensif, dimulai dari pemetaan potensi, pemilihan spesifikasi modul, pengujian lapangan, perancangan sistem hibrida untuk pemanenan, penyimpanan serta distribusi energi yang diperoleh.
2
CAKUPAN STUDI KERJA SAMA ITB & KEMENTERIAN PU
Menindak lanjuti gagasan Wamen PU tentang Paradigma Baru pembangunan jembatan antar pulau di Indonesia serta rencana strategis yang telah dikembangkan oleh Direktur Jenderal Bina Marga, maka dibentuk kerjasama antara ITB (KK Teknik Fisika ITB) dan Dirjen Bina Marga (Kem PU) untuk melakukan studi tahap awal tentang :
1.
Pemanfaatan Sumber Energi Terbarukan untuk jembatan antar pulau (JSS dan Suramadu)
2.
Pengembangan Sistem Monitoring Terpadu Kesehatan Jembatan
Kelompok Keahlian Teknik Fisika ITB kemudian bekerjasama secara multi disiplin dengan Kelompok Keahlian Oseanografi, Meteorologi dan Teknik Kelautan ITB, melaksanakan studi kelaikan tersebut pada akhir tahun 2010. Studi yang mencakup kajian tentang pemanfaatan energi terbarukan dari sumber-sumber lingkungan laut untuk kebutuhan energi listrik bagi operasional jembatan antar pulau merupakan sebuah studi tahap awal, dimana penerapannya dapat dilakukan di Jembatan Suramadu dan Selat Sunda. Hasil-hasil studi dalam bentuk Laporan Akhir telah diserahkan kepada Direktorat Jenderal Bina Marga, Kementrian PU serta disarikan dalam brosur ini.
3
SUMBER ENERGI TERBARUKAN Sumber Energi Terbarukan di Lingkungan Laut Lingkungan laut menyimpan potensi energi terbarukan dalam berbagai jenis, dalam jumlah yang berlimpah serta dalam jangka waktu yang lama. Ocean Energy berawal dari konsentrasi energi surya yang mengalami transformasi dalam bentuk interaksi antara angin dan gelombang yang cukup kompleks. Efek gradien suhu akibat pemanasan matahari terhadap permukaan bumi bersamaan dengan terbentuknya fenomena-fenomena atmosfir menyebabkan terbentuknya kombinasi perilaku arah dan aliran angin dalam skala global. Selanjutnya fenomena tersebut mengakibatkan terjadinya sifat-sifat unik gelombang laut. Disisi lain gerakan arus dibawah permukaan laut serta proses pasang surut dipengaruhi oleh gerak putar bumi serta gaya gravitasi antara matahari, bumi dan bulan. Kondisi alam tersebut menyebabkan lingkungan laut menyimpan kandungan energi terbarukan dari berbagai jenis misalnya, angin, surya, gelombang, arus, pasang surut, gradien suhu dan salinitas laut yang keberadaannya saling mempengaruhi sepanjang waktu. Kondisi alam yang selalu terjadi selama bumi berputar, mendorong para ahli menciptakan berbagai teknologi untuk memanen energi dari lingkungan laut.
Walaupun potensi energi terbarukan di lingkungan laut sangat menjanjikan, akan tetapi sifat sumber energi terbarukan yang tidak konstan terhadap waktu, mekanisme konversi menjadi energi listrik serta efisiensi yang masih relatif rendah menyebabkan diperlukannya strategi pemilihan teknologi pemanenan energi yang tepat untuk setiap jenis sumber.
Sistem pemanenan dan penyimpanan energi hibrida umumnya diperlukan untuk pemanenan energi dari kombinasi sumber angin-surya atau angin-gelombang. Dalam studi ini dilakukan perencanaan sistem hibrida untuk pemanenan dan penyimpanan energi dari sumber-sumber angin-surya-gelombang-arus yang tersedia di sekitar lokasi jembatan.
4
POTENSI ENERGI TERBARUKAN
Potensi Energi Terbarukan di Dunia
Penelitian dan pengembangan teknologi yang mendukung pemanfaatan energi terbarukan semakin meningkat sejak 10 tahun terakhir. Interna‐ tional Energy Agency (IEA), World Energy Council (WEC), United Nation Environment Program (UNEP), Renewable Energy Network (REN21), dan Sustainable Energy Finance Initiatives (SEFI) adalah sebagian dari badan‐ badan energi internasional yang secara berkelanjutan melakukan studi serta memantau perkembangan potensi, kebijakan, aplikasi dan investasi energi terbarukan di seluruh dunia. Laporan UNEP tentang Global Trends in Sustainable Energy Investment (2007) menunjukkan bahwa sejak tahun 2005 telah terjadi peningkatan upaya nyata dari negara‐negara di dunia untuk beralih ke sumber energi terbarukan yang lebih aman dan tidak merusak lingkungan. Kecenderungan ini ditandai dengan investasi yang semakin meningkat dalam pengembangan teknologi di bidang pemanfaatan energi terbarukan (Gambar‐1) untuk berbagai jenis sumber (Gambar‐2).
small scale project asset finance govt/corp RD&D public market venture capital
Global Investment by Technology (2006) Total Investment $ 70 bn Biofuels 26%
Wind 38%
Biomass & Waste 10%
Gambar‐1. Peningkatan investasi dalam proyek energi terbarukan di dunia.
Other Low Carbon 6%
Solar 16% Other Renewables 4%
Gambar‐2. Investasi pada setiap jenis energi terbarukan
5
POTENSI ENERGI TERBARUKAN Potensi Energi Terbarukan di Indonesia Data potensi energi terbarukan di Indonesia seperti angin, surya, arus dan gelombang laut dapat diperoleh dari hasil pengukuran lapangan dalam jangka panjang atau diprediksi menggunakan model matematis. Para ahli di bidang meteorologi dan geofisika mempunyai peran yang sangat penting dalam menentukan secara akurat kondisi minimum dan puncak dari potensi sumber energi terbarukan disuatu daerah. Berdasarkan peta potensi tersebut maka konversi dari energi terbarukan menjadi energi listrik dapat dicapai secara optimal dan jumlah energi yang dipanen setiap jam/hari/bulan dapat diperkirakan secara lebih akurat.
Gambar-3. Peta potensi energi surya
Gambar-4. Peta potensi energi gelombang laut
Ditingkat internasional, data potensi energi terbarukan Indonesia juga dipetakan oleh berbagai badan energi internasional sebagai bagian dari peta global potensi energi terbarukan. Global Energy Network Institute (GENI) dan NASA, misalnya memetakan potensi sumber-sumber energi terbarukan di dunia (Gambar-3 dan 4) termasuk Indonesia. Namun, untuk mengetahui potensi energi terbarukan di daerah yang terlokalisir (daerah sekitar jembatan), tetap diperlukan pemetaan yang lebih rinci serta pengukuran lapangan. Data global menunjukkan bahwa potensi energi surya dan angin di Indonesia masing-masing berkisar antara 1700 - 2100 kWh/m2 dan 500 kW/m2, sedangkan untuk potensi energi gelombang sepanjang garis pantai dibagian selatan diperkirakan dapat menghasilkan energi listrik sekitar 20-25 kW per meter garis muka gelombang.
6
POTENSI ENERGI TERBARUKAN Hasil Kajian Potensi Energi Terbarukan di Selat Sunda a. Potensi Energi Gelombang TITIK EKSTRAKSI DATA GELOMBANG
LOKASI 0
0
A
104.5 BT dan 6.5 LS
B
105.25 BT dan 6.25 LS
C
106 BT dan 5.75 LS
0
0
0
0
Data diperoleh dari Model NOAA WAVEWATCH dengan resolusi 0.250 Titik A Musim
Titik C
Titik B Rata - rata
Hs (m)
Tm01 (s)
Barat
1.89
9.13
Peralihan I
2.19
10.67
Timur
2.77
Peralihan II
Total tahun 2000-2004
Musim
Rata - rata
Musim
Rata - rata Hs (m)
Tm01 (s)
Barat
0.61
6.30
Peralihan I
0.56
7.63
Hs (m)
Tm01 (s)
Barat
1.19
8.83
Peralihan I
1.22
10.61
11.43
Timur
1.47
11.96
Timur
0.70
7.49
2.55
10.43
Peralihan II
1.34
11.00
Peralihan II
0.61
7.46
2.36
10.43
Total tahun 2000-2004
1.31
10.62
Total tahun 2000-2004
0.62
7.23
Gambar 5. Peta potensi energi gelombang
7
POTENSI ENERGI TERBARUKAN
Hasil Kajian Potensi Energi Terbarukan di Selat Sunda b. Potensi Energi Arus Metode pemetaan potensi energi arus dilakukan dengan cara yang sama seperti pada pemetaan energi gelombang. Hasil kajian awal ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Peta potensi energi arus
Estimasi dan pemetaan potensi energi arus serta gelombang laut (Selat Sunda dan Selat Madura) dapat dilakukan melalui simulasi model hidrodinamika arus dan gelombang di masing-masing lokasi. Hasil simulasi harus divalidasi dan diverifikasi dengan data primer maupun sekuder yang diperoleh dari pengukuran lapangan dan data monitoring. Selanjutnya melalui konversi terhadap hasil simulasi maka potensi spasial energi yang terkandung dalam sumber arus dan gelombang disetiap lokasi dapat ditentukan.
8
POTENSI ENERGI TERBARUKAN Hasil Kajian Potensi Energi Terbarukan di Selat Sunda c. Potensi Energi Surya dan Angin Pemetaan potensi Energi Surya dan Angin berdasarkan metode ESSA diperoleh seperti ditunjukkan pada Gambar 7 dan 8. Data potensi di daerah Selat Sunda : Global Iradiansi Surya : 180-200 W/m2 Kecepatan Angin : 4-5 m/s Data potensi di daerah Selat Madura : Global Iradiansi Surya : 200 W/m2 Kecepatan Angin : 4-5 m/s
Gambar 7. Peta potensi energi surya
Gambar 8. Peta potensi energi angin
Untuk memperoleh peta potensi radiasi energi surya dan angin secara lengkap diperlukan tahap lanjut antara lain : (1) (2) (3) (4)
Pengembangan perangkat lunak perhitungan radiasi clear sky Formulasi statistik pengurangan radiasi clear sky oleh perawanan Formulasi statistik koreksi bias angin permukaan blended quickscat Perhitungan DNI dan angin efektif
9
POTENSI ENERGI TERBARUKAN Pemanfaatan Energi Terbarukan di Indonesia Studi IEA (Deploying Renewables in South East Asia, Trends and Potentials, 2010), memberikan gambaran tentang perkembangan pemanfaatan energi terbarukan di Indonesia, Malaysia, Philippines, Thailand, Singapore dan Vietnam. Beberapa kendala utama yang diidentifikasi antara lain kelemahan infrastruktur dan teknologi, lemahnya koordinasi antar institusi terkait, rendahnya dukungan investasi dari pihak perbankan, biaya koneksi grid yang tinggi, dan lain-lain.
Gambar 9. Investasi pada pemanfaatan sumber energi terbarukan menjadi energi listrik Tabel disebelah kanan menunjukkan bahwa Indonesia belum sepenuhnya memanfaatkan potensi sumber-sumber energi terbarukan yang dimiliki untuk aplikasi skala besar. Energi terbarukan dari sumber surya dan angin, misalnya baru dimanfaatkan dalam skala kecil untuk perumahan di daerah-daerah terpencil. Untuk sumber energi gelombang atau arus laut, belum tercatat adanya pemanfaatan yang signifikan, walaupun pengembangan teknologi pemanenannya telah dimulai pada tahap penelitian atau uji coba oleh beberapa badan dan institusi penelitian.
Gambar 9 menunjukkan bahwa pemanfaatan energi terbarukan di Indonesia didominasi oleh sumber geotermal, hidro dan biomassa. Jenis sum-ber energi yang lain belum direalisasikan secara signifikan.
Sumber Energi
Potensi
Realisasi (2010)
Hidro
75.670 MW
5.705 MW
Geotermal
28.543 MW
1.189 MW
Biomassa
49.810 MW
1.618 MW
2
Surya
4,8 kWh/m /hr
13,5 MWp
Angin
3-6 m/s
1,87 MWp
10 – 35 MW/km panjang pantai
-
Gelombang Laut
Pemanfaatan energi terbarukan dari sumber biomassa, geotermal dan hidro juga masih berkisar masing-masing sebesar 3%, 4% dan 7.5% dari potensi yang dimiliki. Kondisi ini menunjukkan adanya peluang pemanfaatan yang masih terbuka lebar diwaktu yang akan datang.
10
TEKNOLOGI PEMANENAN ENERGI TERBARUKAN Pengembangan Teknologi Pemanenan Energi Terbarukan Pemanenan energi terbarukan untuk setiap jenis sumber membutuhkan teknologi yang berbedabeda. Untuk mencapai tahap teknologi yang dapat diaplikasikan dengan robust dan reliable maka dibutuhkan tahap-tahap pengembangan teknologi sampai mencapai tingkat maturity dan commercial. Tahap pengembangan tersebut dimulai dari tahap perancangan, pengembangan prototipe, pengujian laboratorium dan lapangan, sampai pada tahap pengembangan penuh (full scale) yang siap untuk diaplikasikan atau dipasarkan.
Teknologi & Komersialisasi
Konsep Rancangan
Percobaan Laboratorium
Uji Lapangan
Angin Surya Laut
Pengembangan penuh
PraKomersial
Komersial penuh
REN21 melaporkan bahwa sampai dengan tahun 2009, teknologi pemanenan energi dari sumber angin menempati tingkat maturity yang paling tinggi diikuti oleh surya. Sedangkan teknologi pemanenan energi laut (ocean energy) termasuk energi arus, pasang surut dan gelombang merupakan teknologi pemanenan yang dianggap paling lambat perkembangannya (Renewables 2010 - Global Status Report, REN21 2010)
2009
11
TEKNOLOGI PEMANENAN ENERGI TERBARUKAN Mekanisme Pemanenan Energi Lingkungan Laut
L. D. A. Thorner et al (2009) secara sistematik telah menyusun sistem pemanenan sumbersumber energi di lingkungan laut seperti ditunjukkan pada skema diatas. Nampak bahwa mekanisme pemanenan, mekanisme sensing serta besaran fisis yang harus dikonversi menjadi energi listrik, bervariasi untuk setiap jenis sumber. Oleh karena itu selain pengembangan teknologi pemanenan dan sensing module, maka suatu sistem hibrida penyimpan energi dianggap sangat perlu dikembangkan, guna meningkatkan efisiensi pemanenan energi secara menyeluruh. (Kotak dan garis berwarna adalah alur cakupan studi)
12
TEKNOLOGI PEMANENAN ENERGI TERBARUKAN Daya Luaran Sistem Pemanenan Energi (1) Efisiensi yang dicapai oleh masing-masing teknologi pemanenan energi terbarukan dari sumber di lingkungan laut sulit untuk dibandingkan satu sama lain jika hanya ditinjau dari daya luaran yang dihasilkan. Setiap jenis teknologi pemanenan membutuhkan struktur yang spesifik sesuai dengan mekanisme interaksi antara modul pemanen energi tersebut dengan gerakan kinetik gelombang atau arus laut di suatu lokasi tertentu, teknologi penangkapan energi (energy capture) yang berfluktuasi terhadap waktu, teknologi konversi dan penyimpanan energi yang tersedia serta ukuran modul pemanen energi tersebut. Sampai saat ini, daya listrik luaran dalam satuan kWp, dianggap sebagai besaran yang cukup sederhana untuk mengukur keberhasilan sebuah inovasi teknologi pemanenan. Secara umum teknologi pemanenan energi kinetik gelombang dan arus laut dikelompokkan oleh L. D.A. Thorner dalam bentuk (1) inertia system, (2) surface buoyancy system, (3) oscillating water column system, (4) overtopping device system, dan (5) current turbine system.
(b)
(c) (a)
(b) (a)
Inertia System (a) pendulum dan (b) gyroscope
Surface Buoyancy System (a) floating tethered buoy, (b) hinge movement snake form (c) hinge movement blanket form
Pada umumnya, untuk menyederhanakan kondisi gerak kinetik gelombang laut maka gerak gelombang dianggap gerak sinusoidal dengan frekuensi yang berbeda-beda untuk setiap kondisi gelombang, sehingga gaya eksitasi yang dihasilkan akan bekerja pada frekuensi resonansi sumber dan daya rata-rata yang dipanen oleh modul tersebut dapat diperkirakan.
13
TEKNOLOGI PEMANENAN ENERGI TERBARUKAN Daya Luaran Sistem Pemanenan Energi (2) Jenis Modul Pemanen Energi
Daya Luaran Rata-rata
Parameter
Pendulum System
Gyroscope System
= efisiensi panel surya
M
= kerapatan massa bahan
air
= kerapatan massa udara
water = kerapatan massa air laut Floating Tethered Bouy
Hinge Movement Snake Form
Tidal Wave System
PV System
= simpangan modul A
= luas permukaan putaran blade
Cp
= konstanta
F
= frekuensi gelombang laut
g
= gaya gravitasi
H
= tinggi gelombang laut
L
= panjang karakteristik modul
PS
= daya tenaga surya rata-rata
V
= kecepatan arus laut
panjang karakteristik L adalah panjang kubus yang dianggap sebagai bentuk modul secara keseluruhan [L.D.A. Thorner et al, 2009]
Wind System
14
TEKNOLOGI PEMANENAN ENERGI TERBARUKAN Modul Pemanen Energi Yang Dicakup Dalam Studi Dalam studi awal ini dilakukan studi tentang beberapa jenis modul pemanen energi terbarukan dari sumber-sumber di lingkungan laut yaitu : 1. 2. 3. 4.
Modul Pembangkit Listrik Tenaga Angin Modul Pembangkit Listrik Tenaga Surya Modul Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut Modul Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut
Studi ini dimaksudkan untuk menganalisa kemungkinan pemanenan energi terbarukan dari sumber-sumber yang terdapat di lingkungan laut dan menentukan jumlah energi listrik yang dihasilkan untuk kebutuhan operasional jembatan antar pulau seperti misalnya Jembatan Selat Sunda atau Suramadu. Mengingat JSS masih belum dibangun maka uji coba modul yang akan distudi, diharapkan dapat dilakukan pada Jembatan Suramadu. Selanjutnya, keseluruhan hasil studi dan uji coba akan digunakan untuk menetapkan spesifikasi dan jenis modul yang tepat untuk kebutuhan JSS. Dengan panjang 5,438 km dan lebar 30 m maka Jembatan Suramadu membutuhkan energi listrik sekitar 0.5 Mega Watt. Sedangkan untuk Jembatan Selat Sunda dengan panjang sekitar 29 km dan lebar 60 m diperkirakan akan membutuhkan energi listrik sekitar 5.3 Mega Watt. Tahapan studi sampai saat ini belum sampai pada tahap uji lapangan, melainkan baru pada tahap perancangan, uji coba laboratorium serta melakukan studi analisis terhadap produk-produk yang sudah dipasarkan secara luas. Berbagai badan atau institusi penelitian sudah mulai menunjukkan perhatian terhadap pengembangan teknologi pemanenan dari sumber-sumber energi di lingkungan laut baik di lingkungan litbang departemen (BPPT/BPPH, LAPAN, dan lain-lain), perguruan tinggi (ITB, ITS, dan lain-lain) maupun dari lingkungan swasta. Walaupun demikian, studi yang dilakukan oleh ADDRA (Dr. Maria Retnanestri, 2010) menunjukkan bahwa kondisi pengembangan teknologi energi terbarukan di Indonesia dianggap masih berada pada kondisi 'valey of death' yang berarti bahwa kebutuhan pasar yang sudah mulai meningkat belum diimbangi dengan tahap maturity teknologi yang dihasilkan. Pengembangan teknologi energi terbarukan masih berada pada ranah penelitian atau R&D dan sedikit sekali yang sudah mencapai ranah komersialisasi. Oleh karena itu akselerasi pengembangan teknologi melalui fenomena market pull sangat disarankan dengan cara mengatasi berbagai hambatan yang saat ini terjadi.
15
TEKNOLOGI PEMANENAN ENERGI TERBARUKAN Beberapa Hasil Penelitian dan Produk Teknologi Pemanenan Energi Terbarukan di Indonesia BPPT/BPPH Telah melakukan prototipe dan uji coba lapangan untuk teknologi pemanenan energi angin, padang surut, arus dan gelombang sejak 2009
OWC, 2009
Turbin Angin Terapung, 2009
Pelamis, BPPT/BPPH 2009
Turbin Arus Laut. 2009
T-Files (Inkubator ITB) Sudah mencapai tahap komersial untuk jenis PLT Arus dan telah berhasil memproduksi modul pemanen dengan kapasitas 10kWp
16
TEKNOLOGI PEMANENAN ENERGI TERBARUKAN
Modul Pemanen Energi Yang Dicakup Dalam Studi (1) Jenis Modul
1. Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut
Deskripsi
Turbin sumbu vertikal. Generator ditempatkan diatas muka air. Bekerja dengan baik walaupun profil vertikal arus tidak merata. Diperlukan turbin dengan kemampuan self starting. Turbin harus dipasang pada lokasi yang memiliki arus pasang surut cukup besar sehingga diperlukan pemetaan potensi yang akurat pada lokasi pemasangan Turbin membutuhkan struktur penyangga yang kuat dan dapat menahan beban arus pasang surut yang bekerja setiap saat.
Konsep Modul
Penampang tampak atas
Contoh Pemasangan pada jembatan
17
TEKNOLOGI PEMANENAN ENERGI TERBARUKAN Modul Pemanen Energi Yang Dicakup Dalam Studi (2) Jenis Modul
Deskripsi Penelitian di Teknik Kelautan ITB mulai awal tahun 2010 dan dikembangkan dari tipe buoy yang diberi nama Waverider.
2. Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut
Modul memiliki dua lengan yang masing-masing dirancang untuk menangkap tinggi gelombang dan panjang gelombang laut. Kedua lengan di sambungkan pada poros rotasi engkol sehingga gerakan naik-turun kedua lengan tersebut menghasilkan gerak rotasional memutar generator. Sampai saat ini baru menghasilkan 100Wp. Dengan kedalaman air 60 cm dihasilkan daya maksimum sebesar 53.36 Watt dengan nilai tegangan 23.18 volt dan kuat arus 2.3 ampere.
Skema Modul Waverider
Konfigurasi
Uji coba laboratorium
Energi listrik yang dihasilkan
Grafik hasil pemanenan daya listrik
18
TEKNOLOGI PEMANENAN ENERGI TERBARUKAN Modul Pemanen Energi Yang Dicakup Dalam Studi (3) Jenis Modul
Deskripsi Rata-rata potensi energi surya di Indonesia yang berada di khatulistiwa diperkirakan 4,8 kWh/m2/hari dengan waktu efektif penyinaran 5 jam per hari.
3. Pembangkit Listrik Tenaga Surya
PLTS yang akan digunakan merupakan susunan panel-panel surya yang dipasang secara seri dan paralel sesuai dengan besar daya input yang dibutuhkan. Disarankan penerapan Maximum Power Point Tracker untuk memperoleh daya luaran maksimum secara konstan. Untuk menghindarkan terjadinya degradasi efisiensi dan kegagalan sistem maka diperlukan Condition Monitoring melalui sistem instrumentasi dan kontrol.
Skema Cara Kerja & Monitoring
Contoh Penempatan
Contoh penempatan di jembatan bentang panjang
19
S.H.E.T. SISTEM HIB RIDA ENERGI TERBARUKAN Rancangan S.H.E.T.
Combiner & Blocking Diode
Turbin Angin
Generator Sinkron
Rectifier AC to DC
Turbin Arus Laut
Generator Sinkron
Rectifier AC to DC
Hydrolic Gelombang
Generator Sinkron
Rectifier AC to DC
Gambar 11. Sistem Kontrol SHET
DC Power (Sensor, Lampu LED.. Dll)
Inverter DC to AC
AC Power (Sistem Monitoring, Peralatan Elektronik Instrumentasi & Kontrol, ICT, Elektronik, Sistem Basis Data
20
Jala- Jala Distribusi Listrik
Parameter yang dipantau adalah proses pemanenan energi, efisiensi, reliabilitas dan kontinuitas setiap pembangkit. Parameter lingkungan yang dapat mempengaruhi kondisi fisik atau kinerja pembangkit juga dimonitor secara terpadu.
Panel Surya
Grid Tie Controller
Dinamika konversi energi dan konsumsi listrik dapat dipantau secara live. Sistem juga dapat mencatat data secara historical dalam sistem database, sehingga perkembangan SHET dari waktu ke waktu dapat dianalisis (Gambar 11).
Battery
Gambar 10. Skema SHET
MPPT Control (DC – DC Converter)
Sistem Hibrida Energi Terbarukan (SHET) merupakan sebuah sistem elektronik yang menggabungkan berbagai jenis pembangkit listrik dari sumber energi surya, angin dan laut (Gambar 10). SHET dirancang untuk memonitor dan mengontrol pemanenan dan penyimpanan energi secara terpadu melalui sebuah pusat kontrol. Bila pasokan listrik dari gabungan pembangkit ini melebihi kebutuhan listrik untuk jembatan, maka sistem ini dapat dihubungkan dengan jala-jala PLN melalui kontroler pengaman (safety control) yang melindungi perangkat sistem pembangkit dari lonjakan listrik yang mungkin muncul saat dihubungkan dengan jala-jala.
REKOMENDASI Rekomendasi dan Tindak Lanjut Pengembangan SHET untuk JSS Secara keseluruhan, hasil studi menunjukkan beberapa aspek penting yang perlu mendapat perhatian dalam pengembangan IPTEKS di bidang energi terbarukan lingkungan laut untuk JSS, antara lain: 1.
Tahap pemetaan potensi harus dilakukan untuk kawasan jembatan dan kawasan yang lebih luas (regional, global) mengingat perubahan kondisi angin, arus atau gelombang di kawasan jembatan dipengaruhi oleh perubahan kondisi di kawasan yang lebih luas untuk rata-rata harian maupun tahunan. Data potensi dapat diperoleh dari data sekunder berasal dari stasiun monitoring atau satelit dengan verifikasi melalui data primer berupa pengukuran lapangan.
2.
Dalam pengembangan modul pemanen energi, sangat diperlukan tahapan uji lapangan setelah melalui uji laboratorium untuk menentukan ketahanan dan kinerja modul serta kelaikan teknologi yang digunakan. Faktor ekonomi dan pemeliharaan juga perlu diperhitungkan dalam menetapkan spesifikasi modul yang akan dipilih.
3.
Sistem hibrida SHET memberikan keuntungan untuk mensinkronisasi sistem pembangkit yang berskala menengah-kecil, menjaga pasokan energi yang konstan, memonitor secara real time kinerja semua modul-modul pemanen energi serta mencatat data pasokan dan distribusi energi listrik secara historical. Bila total energi yang dipanen melebihi kebutuhan operasional jembatan, maka SHET dapat dilengkapi dengan perangkat yang menghubungkan pusat penyimpan energi terbarukan dengan jala-jalan PLN di kedua sisi jembatan.
4.
Penempatan atau pemasangan modul-modul pemanen energi perlu dikonsultasikan dengan pihak-pihak yang terkait lainnnya berkaitan masalah kekuatan struktur jembatan atau ketersediaan lahan disekitar jembatan.
21
KEPUSTAKAAN 1.
Laporan Akhir, Renewable Energy For Sustainable Bridge - 2010, Penelitian & Pengembangan Sistem Hibrida Energi Terbarukan (SHET) Untuk Jembatan Antar Pulau, 2010 – 2011, Direktorat Bina Teknik, Kem PU & ITB, 2010
2.
L. D.A. Thorner et al, Scaling Laws for Energy Harvesters in a Marine Environment, Power MEMS 2009, Washington DC, USA, December 1-4, 2009 Chris Greenwood et al, Global Trends in Sustainable Energy Investment 2007, Analysis of Trends and Issues in the Financing of Renewable Energy and Energy Efficiency in OECD and Developing Countries, UNEP and NEF Ltd., 2007, ISBN: 978-92-807-2859-0, DTI/0985/PA
3.
4.
Global Status Report, RENEWABLES 2010, REN21. Renewable Energy Network for the 21th Century, Secretariat, Paris, 2010
5.
2010 SURVEY OF ENERGY RESOURCES, World Energy Council, Regency House 1-4 Warwick Street London W1B 5LT, UK, 2010, ISBN: 978 0 946121 021
6.
GLOBAL WIND 2008 REPORT, GWEC – Global Wind Energy Council Renewable Energy House Rue d’Arlon 63-65, 1040 Brussels, Belgium, 2008
7.
Till Stenzel and Rick Sellers, OFFSHORE WIND EXPERIENCES, IEA-International Energy Agency Publication, 9, rue de la Fédération, 75739 Paris Cedex 15, June 2005
8.
Mark Krawczewicz and Eric Greene, MORE-Micro Ocean Renewable Energy, Tocreo Labs & Eric Greene Associates, http://www.ericgreeneassociates. com/images/Micro_Ocean_Renewable_Energy.pdf
9.
MD. Nahidul Islam Khan, A Micro Seafloor Marine Current Energy Conversion System, MSc Eng, Faculty of Engineering & Applied Science Memorial, University of Newfoundland, presentation, http://www.engr. mun.ca/~tariq/nahidul.pdf
10. Maria Retnanestri, Research in Improving Access to Renewable Energy Services in Remote Areas of Indonesia, Seminar Australian Embassy Indonesia Jakarta, 25 October 2010 11. Samantha Ölz, Ralph SIMS and Nicolai KIRCHNER, CONTRIBUTION OF RENEWABLES TO ENERGY SECURITY, IEA Information Paper, OECD/ IEA, April 2007 12. Samantha ölz and MIlou Beerepoot, Deploying Renewables in Southeast Asia, Trends and potentials, IEA, France, 2010 13. Majalah Energi Edisi “ Hidup Bersama Laut“ April, 2011, http://majalahenergi.com 14. Brosur T-files, PT T-Files Indonesia, Inkubator Industri dan Bisnis ITB, 2011
22
PENGHARGAAN & APRESIASI
Brosur Pengembangan Sistem Hibrida Energi Terbarukan Untuk Jembatan Antar Pulau ini merupakan rangkuman tentang Hasil Studi SHET (2010) yang diperkaya dengan berbagai referensi dan publikasi lainnya untuk memberikan informasi yang komprehensif mengenai potensi sumber-sumber energi terbarukan di lingkungan disekitar jembatan, peluang dan permasalahan yang akan dihadapi dalam upaya menggunakan teknologi pemanen energi terbarukan serta kesiapan sumber daya nasional untuk mengaplikasikan teknologi tersebut secara optimal. Pelaksanaan studi awal tentang kajian SHET yang mencakup pemetaan permasalahan serta pemilihan solusi alternatif, telah dilaksanakan secara multi disiplin oleh KK-Teknik Fisika, KK-Oseanografi, KKMeteorologi dan KK-Teknik Kelautan, Institut Teknologi Bandung dengan para kontributor : Prof. Harijono A. Tjokronegoro, Dr., Ir., Prof. Safwan Hadi, Drs, M.Sc., Ph.D., Ida Bagus Ardhana Putra, Ir., PhD., Edi Leksono, Ir., M.Eng., Dr., Krisnaldi Idris, Ir., MOcE, Ph.D., Harman Ajiwibowo, Ph.D., Tri Wahyu Hadi, M.Sc, Dr., Irsyad Nashirul Haq, ST, MT, dan Justin Pradipta, ST, MT. Keberhasilan kajian awal ini tidak terlepas dari kesempatan dan dukungan yang telah diberikan oleh Wakil Menteri PU dan Dirjen Bina Marga serta unit-unit terkait di lingkungan Kementerian PU, sehingga telah sepatutnya memperoleh penghargaan dan apresiasi yang tinggi dari semua tim peneliti pada khususnya dan ITB pada umumnya.
Penyusun : I. B. Ardhana Putra, Ir. PhD.
23
@ Publikasi KK-Teknik Fisika ITB - 2011 Disusun dan dirancang oleh: I. B. Ardhana Putra Diedit oleh : Irsyad Nashirul Haq
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Kelompok Keahlian Teknik Fisika Gedung LabTek VI Lt.2 Jalan Ganesha No. 10 Bandung 40132 Telp. 022-2504424 Fax 022-2506281 www.tf.itb.ac.id
KEMENTERIAN PEKERJAAN UMUM INDONESIA Jalan Pattimura No. 20 Kebayoran Baru Jakarta Selatan 12110 Telp. 021- 021-7392262 www.pu.go.id
