ProsedingSeminarNasionalFisika dan Aplikasinya Sabtu, 21 November 2015 Bale SawalaKampusUniversitasPadjadjaran, Jatinangor
PENGGUNAAN DATA PILOT BALON UNTUK KAJIAN POTENSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BAYU DI PULAU BAWEAN SUGIARTO*, ABDUS SALAM AL ROZY, AZIZ SETIA AJI, LUH NOVITA ARI WARDANI Prodi Instrumentasi, Sekolah Tinggi Meteorologi Klimatologi dan Geofisika Jl. Perhubungan I No. 5, Komplek BMKG Pondok Betung, Pondok Aren, Tangerang Selatan 15221 Abstrak. Salah satu permasalahan yang ada di Pulau Bawean adalah ketersediaan enegi listrik. Saat ini listrik di Pulau Bawean dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga mesin gas (PLTMG). PLTMG yang ada di Pulau Bawean hanya mampu menghasilkan daya maksimum 1.500 kW dan hanya beroperasi pada malam hari. Sedangkan beban puncak pemakaian listrik mencapai 4.500 kW sehingga diperlukan alternatif pembangkit listrik untuk mencukupi kebutuhan listrik di Pulau Bawean. Tulisan ini bertujuan menunjukkan potensi penggunaan pembangkit listrik tenaga bayu yang berupa kite power berdasarkan data angin udara atas dari pengamatan pilot balon. Berdasarkan data pilot balon tahun 2014, rata-rata angin dengan ketinggian 1 km di Pulau Bawean tercatat 20 knot dan kecepatan maksimum 81 knot. Kecepatan tersebut telah melampaui ambang batas minimum angin untuk menghasilkan energi listrik yaitu 6,61 β 10,5 knot. Kata kuci : listrik, bawean, tenaga bayu, kite power, pilot balon Abstract. One of the problems that exist on the Island of Bawean is the availability of electrical energy. Nowadays, in Bawean, the electricity is generated by the gas engine power plant (PLTMG). It only able to produce 1.500 kW of the maximum power and operate in the night only. Whereas the electricity peak load reach 4.500 kW so that the alternatif of power plant is needed. This paper aims to show the potential of kite power power plant usage based on pilot balloonβs data in 2014, the average wind with the height of 1 km was 20 knots and the maximum speed was 81 knots. The speed has exceeded the minimum threshold of wind to generate electrical energy which is 6.61 to 10.5 knots. Kata kuci : electricity, bawean, wind energy, kite power, pilot balloon
1. Pendahuluan Angin adalah massa udara yang bergerak baik secara horizontal maupun secara vertikal dengan kecepatan yang bervariasi dan berfluktuasi secara dinamis. Perbedaan tekanan udara antara satu tempat dengan yang lain akan mengakibatkan bergeraknya massa udara. Jika tidak ada gaya lain yang mempengaruhi, maka angin akan bergerak secara langsung dari udara bertekanan tinggi ke udara bertekanan rendah. Akan tetapi, rotasi bumi menimbulkan gaya yang mempengaruhi arah pergerakan angin. Pengaruh perputaran bumi terhadap arah angin disebut pengaruh Coriolis (Lakitan, 2002). Pengambilan data angin dapat dilakukan dengan menggunakan anemometer maupun skala beaufort untuk *
email :
[email protected]
1
2
Sugiarto dkk
angin permukaan, rawindsonde dan pilot balon untuk udara atas. Pilot balon sendiri merupakan suatu metode yang digunakan untuk mengukur angin udara atas dengan menganalisa pegerakan balon yang diterbangkan. Salah satu teknologi yang dapat digunakan dalam konversi angin menjadi energi listrik adalah PLTB dengan sistem kite power. Kite power merupakan suatu teknologi pemanfaatan angin udara atas sebagai pembangkit listrik yang ramah lingkungan. Layang-layang digunakan untuk menggerakkan generator, sehingga generator dapat menghasilkan energi listrik. Negara-negara maju saat ini sudah banyak yang memanfaatkan angin sebagai sumber energi. Namun, Indonesia sebagai negara yang terletak di khatulistiwa belum sepenuhnya memanfaatkan potensi angin sebagai sumber energi terutama dalam mengatasi krisis energi di beberapa daerah seperti Pulau Bawean. Bawean adalah salah satu Pulau di Indonesia yang mengalami krisis listrik, dimana pasokan energi listrik saat ini hanya diproduksi oleh Pembangkit Listrik Tenaga Mesin Gas (PLTMG) yang mengandalkan pasokan gas dari Pulau Jawa sebagai bahan bakar utama generator. Dalam penelitian ini akan dilakukan kajian kemungkinan penggunaan teknologi kite power mengunakan data angin pilot balon dalam mengatasi krisis listrik yang terjadi di Pulau Bawean. 2. Metode Penelitian Penelitian menggunakan metode kuantitatif dengan pengambilan, pengolahan data, dan analisa pengamatan angin udara atas Pulau Bawean yaitu mengambil nilai maksimum, minumum, dan rata-rata. Untuk mendapatkan daya listrik yang dihasilkan, maka penulis menggunakan persamaan energi kinetik angin 1
πΈ = 2 ππ£ 2 ............................... persamaan 1 Jika m diubah dengan persamaan π = ππ΄π£ .................................. persamaan 2 Maka energi angin dengan asumsi efisiensi mesin sebesar 100% yang dihasilkan persatuan waktu 1
π = ππ΄π£ 3 ............................... persamaan 3 2
Jika nilai efisiensi mesin bukan 100% maka πβππ ππ = ππππ ππ 1β2 ππ΄π£ 3 .......... persamaan 4 Data kecepatan angin dimasukkan ke dalam persamaan 4, sehingga dihasilkan daya yang dihasilkan oleh generator. 3. Hasil dan Pembahasan 3.1. Kondisi Listrik Bawean Pulau Bawean adalah salah satu pulau kecil di Indonesia yang masih kekurangan pasokan listrik untuk menunjang kegiatan hariannya. Beban puncak pemakaian
Penggunaan Data Pilot Balon untuk Kajian Potensi Pembangkit Listrik tenaga Bayu di Pulau Bawean
3
listrik oleh masyarakat Pulau Bawean mencapai 4,5 MW setiap harinya. Saat ini listrik dari pulau bawean dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga mesin gas (PLTMG-CNG) dengan masing-masing pembangkit listriknya memiliki kapasitas produksi 1500 KW. Hal ini sangat membantu dalam pemenuhan kebutuhan pasokan listrik di pulau tersebut. Namun ketika terjadi lonjakan kenaikan harga gas bumi yang sejalan dengan menguatnya nilai tukar dolar AS terhadap rupiah, maka biaya pembelian bahan bakar untuk PLTMG-CNG ini menjadi lebih besar. Kenaikan harga bahan bakar membuat pembangkit gas di Pulau Bawean kini hanya diaktifkan pada malam hari untuk memenuhi kebutuhan konsumsi listrik pada saat beban puncak yang mencapai 4.300 kW. Dari pukul 17.00 hingga pukul 22.00, pembangkit gas hanya ditarget menyuplai sebanyak 1.500 kW. Setelah melewati beban puncak, suplai listrik dari PLTMG-CNG terus dikurangi, hingga hanya 550 kW pada pukul 24.00 hingga pukul 04.00. Hal ini berarti naik turunnya harga bahan bakar sangat mempengaruhi pasokan listrik yang didapat oleh masyarakat setempat. Pada awal pengoperasian PLTMG-CNG ini, PLN mampu menghemat biaya bahan bakar hingga Rp. 1,5 milyar per bulannya dibandingkan dengan penggunaan bahan bakar untuk pembangkit listrik tenaga diesel (PLTD). Melihat kondisi melemahnya nilai tukar rupiah, penghematan biaya bahan bakar oleh PLN menimbulkan masalah baru, maka perlu adanya suatu terobosan untuk membangun pembangkit listrik terbarukan yang tentunya memiliki biaya pengoperasian lebih murah dengan pemanfaatan potensi alam yang ada di Pulau Bawean. 3.2. Pembangkit Listrik Tenaga Layang Salah satu sistem yang dapat digunakan dalam menghasilkan energi listrik adalah menggunakan kite power. Kite power adalah sebutan untuk sebuah teknologi pembangkit listrik tenaga angin dengan menggunakan layang-layang. Dalam konversi angin menjadi energi listrik, angin udara atas memiliki potensi karena tingkat kekuatannya berbeda dengan angin permukaan. Pada sistem kite power semakin kuat angin udara atas maka kapasitas energi listrik yang dihasilkan semakin besar. Pada ketinggian terbang 500 meter potensi listrik yang dapat dihasilkan mencapai 10-20 kilowatt. Namun dalam kebutuhan listrik yang mencapai skala megawatt ketinggian terbang layang-layang harus diatur pada ketinggian 8 kilometer dari permukaan tanah untuk mendapatkan angin dengan kecepatan yang tinggi dan stabil. Tabel 1. Tabel Skala Beaufort Kelas Angin 1 2 3
Kecepatan Angin (Knot) <1 1-3 4-6
Kondisi Alam di Daratan Asap naik secara vertikal Angin tenang, asap lurus ke atas Asap bergerak mengikuti arah angin
4
Sugiarto dkk 4
7-10
5 6 7 8 9
11-16 17-21 22-27 28-33 34-40
10 11 12 13
41-47 48-55 56-63 >64
Wajah terasa dingin, daun bergoyang pelan, petunjuk arah angin bergerak Debu jalan, kertas beterbangan, ranting pohon bergoyang Ranting pohon bergoyang, bendera berkibar Rating pohon besar bergoyang, air plumpang berombak kecil Ujung pohon melengkung, hembusan angin terasa di telinga Dapat mematahkan ranting pohon, jalan berat melawan arah angin Mematahkan ranting pohon, rumah rubuh Dapat merubuhkan pohon Menimbulkan kerusakan parah Tornado
Kelebihan PLTB dengan sistem kite power adalah dapat memanen potensi angin kecepatan tinggi yang pada umumnya terletak pada udara atas. Angin kelas 1-13 dapat ditemukan pada udara atas tanpa harus ada kejadian yang berarti dibadingkan teknologi kincir angin yang hanya menangkap angin permukaan antara kelas angin 3-8. Layang-layang terbang bermanuver membentuk angka delapan dengan kecepatan sekitar 38-48 knot, tergantung dari kecepatan angin. Karena adanya daya tarik tinggi dari layang-layang tersebut, gulungan tali yang berada di daratan berputar dengan cepat. Sehingga, generator yang terhubung dengan gulungan tersebut ikut berputar dan menghasilkan energi listrik. Setelah panjang tali mencapai batas maksimal, posisi layang-layang berubah dari menangkap angin (melawan arah angin) menjadi sejajar dengan arah angin. Perubahan posisi tersebut dilakukan untuk mengurangi daya tarik layang-layang sehingga mempermudah proses penarikan. Penarikan layang-layang dilakukan dengan menggulung kembali tali menggunakan generator yang difungsikan sebagai motor. Seluruh proses tersebut merupakan sebuah siklus dan dilakukan secara terus menerus. Untuk meningkatkan potensi daya yang dihasilkan PLTB maka parameter yang dapat diubah oleh manusia adalah luasan layang-layang dan efisiensi mesin. Luasan layang-layang sangat mempengaruhi besar kecepatan angin yang akan ditangkap, sehingga makin besar layang-layang maka semakin besar kecepatan angin yang dapat ditangkap. Dengan memodifikasi bentuk layang-layang agar apabila memperluas layang-layang, kerangka tetap kuat untuk mempertahankan layang-layang agar tidak rusak mengingat kecepatan angin udara atas lebih besar dari angin udara permukaan. Mesin generator harus didesain agar mendekati efisiensi 100% sehingga semua daya dapat dimanfaatkan tanpa adanya kehilangan daya. 3.3. Analisis Data Pilot Balon Pulau Bawean Tahun 2014 Pada tahun 2014, Pulau Bawean memiliki kecepatan rata-rata tertinggi pada bulan Januari dan bulan September. Ketika bulan Januari terdapat kecepatan tertinggi dalam satu tahun, sebesar 81 knot pada ketinggian 1 km. Berdasarkan skala
Penggunaan Data Pilot Balon untuk Kajian Potensi Pembangkit Listrik tenaga Bayu di Pulau Bawean
5
beaufort, hanya angin kelas 3 ke atas yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan daya. Terdapat 5 bulan yang memiliki kecepatan angin kelas 1 hingga tiga, . Secara keseluruhan, rata-rata kecepatan angin tiap bulan pada tahun 2014 melebihi 5 knot kecuali pada bulan April, sehingga untuk tiap bulannya angin memiliki potensi untuk memberikan energi. Tabel 2. Data Angin Bulanan 2014 Pada Ketinggian 1 km
Bulan Januari Februari Maret April Mei Juni Juli Agustus September Oktober November Desember
Minimum (knot) 3 6 0 1 3 9 8 10 17 10 4 1
Maksimum (knot) 81 31 25 23 32 28 40 50 49 40 30 42
Rata-rata (knot) 30 15 10 9 16 19 21 24 30 27 14 18
Pola Perubahan kecepatan angin udara atas pada tahun 2014 seperti pada gambar dibawah,
Gambar 1. Grafik Kecepatan Angin Tahun 2014
Bahwa kecepatan angin semakin naik seiring dengan bergesernya bulan ke sebelah kanan. Sedangkan setelah Januari kecepatan angin cenderung menurun hingga bulan April. Kecepatan angin di Pulau Bawean didominasi dari arah barat. Berdasarkan premi tersebut dapat disimpulkan bahwa angin muson barat sangat mempengaruhi kecepatan angin pada pulau bawean sehingga kecepatan angin
6
Sugiarto dkk
pada saat terjadi muson barat relatif lebih kencang dibandingkan saat terjadi angin muson timur. Namun, berdasar grafik, terjadi sebuah anomali yaitu penurunan kecepatan angin pada bulan November yang cukup signifikan. Secara meteorologi, el-nino melemahkan sirkulasi muson yang mengakibatkan pada kecepatan angin. Ketika el-nino telah berakhir (bulan Desember) maka kecepatan angin mulai naik. Dengan adanya pemanasan globlal yang semakin tinggi tentu saja berdampak pada siklus musim Indonesia. Dengan menggunakan data kecepatan angin tahun 2014 kedalam persamaan 4 dengan efisiensi mesin generator sebesar 100% dan luasan layang-layang sebesar 25 m2 (Luas Layang-layang yang dijual pada umumnya) maka didapatkan daya yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga layang-layang. Tabel 3. Daya Bulanan
Bulan Januari Februari Maret April Mei Juni Juli Agustus September Oktober November Desember
Daya (kWatt) 54 7 2 1 9 13 20 27 54 40 5 12
Pada bulan Januari dan September, pembangkit listrik tenaga layang-layang mampu menghasilkan daya hingga 54 kWatt. Dengan asumsi terdapat 30 PLTB dapat menghasilkan daya setara dengan PLTMG. Berdasarkan asumsi tersebut, pembangkit listrik tenaga bayu dapat membantu untuk memenuhi kekurangan daya pada saat puncak beban pemakain sehingga menekan jumlah pemakaian bahan bakar fosil pada pembangkit listrik tenaga mesin gas. Dengan menggunakan data angin udara atas tahun 2014 dapat ditentukan pada bulan-bulan sedikit angin untuk memaksimalkan penggunaan PLTMG dan PLTB secara beriringan. Pada bulan panen angin, maka pemakaian PLTB sangat efektif untuk digunakan. Pemerintah dapat memprediksi sehingga dapat membeli pasokan bahan bakar untuk bulan-bulan sedikit angin dari jauh-jauh hari, terutama ketika harga dunia sedang turun. 4. Kesimpulan Berdasarkan kajian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa Pulau Bawean masih kekurangan pasokan listrik untuk menunjang kegiatan harian. Penggunaan PLTMG menjadikan naik turunnya harga bahan bakar sebagai faktor yang mempengaruhi pasokan listrik yang didapat oleh masyarakat setempat. Perlu
Penggunaan Data Pilot Balon untuk Kajian Potensi Pembangkit Listrik tenaga Bayu di Pulau Bawean
7
adanya alternatif untuk menghemat bahan bakar PLTMG. Kelebihan PLTB adalah dapat memanen potensi angin kecepatan tinggi yang pada umumnya terletak pada udara atas. Untuk meningkatkan potensi daya yang dihasilkan PLTB maka parameter yang dapat diubah oleh manusia adalah luasan layang-layang dan efisiensi mesin. Berdasarkan data angin udara atas tahun 2014 yang telah diolah dapat disimpulkan bahwa Pulau Bawean memiliki potensi angin terbesar pada bulan Januari dan bulan September. Pola angin udara atas dipengaruhi oleh angin muson barat dan el nino. Dengan mengetahui pola angin udara atas, pemerintah dapat menentukan kebijakan untuk membeli bahan bakar. Daya maksimum yang dapat dihasilkan pada tahun 2014 sebesar 54kWatt. Ucapan terima kasih Terima kasih yang sebesar-besarnya disampaikan kepada pihak Sekolah Tinggi Meteorologi dan Geofisika (STMKG) antara lain Dr.Suko Prayitno Adi, M.Si Agus Tri Susanto, M.T, dan Ir. Djoko Prabowo, M.Si, Staff BMKG Majene Dedi Sunardi, Staff Stasiun Meteorologi Sangkapura Bawean Nanda Alfuadi atas kerjasamanya dalam penelitian penggunaan data pilot balon dalam kajian potensi Pembangkit Listrik Tenaga Bayu di Pulau Bawean. DaftarPustaka 1. Artikanur. S, Jurnal Meteorologi Klimatologi dan Geofisika 78 β 85, Juni 2015. 2. http://hwc2015.nvo.or.id/320-kite-power-saat-layang-layang-digunakansebagai-pembangkit-listrik/ 3. Kadir. 1987. Energi Angin. Dalam: Energi. Jakarta: UI-Press. 4. Latif. M, Jurnal Rekayasa Elektrik, 147 β 152, April 2013. 5. WMO, 2008, Guide to Meteorological Instrument and Method of Observation, WMO-No.8, 2008 edition updated in 2010, Geneva-Switzerland: Secretariat of WMO.
