POTENSI ENERGI ANGIN DI KABUPATEN SERDANG BEDAGAI, PROVINSI SUMATERA UTARA THE WIND ENERGY POTENCY IN SERDANG BEDAGAI, NORTH SUMATERA

Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 14 No. 1 Juni 2015 : 15 - 28

ISSN 1978-2365

POTENSI ENERGI ANGIN DI KABUPATEN SERDANG BEDAGAI, PROVINSI SUMATERA UTARA THE WIND ENERGY POTENCY IN SERDANG BEDAGAI, NORTH SUMATERA Dian G. Cendrawati, Hari Soekarno, Syaiful Nasution Puslitbangtek Ketenagalistrikan, Energi Baru, Terbarukan dan Konservasi Energi Jl.Ciledug Raya Kav 109, Cipulir, Kebayoran Lama, Jakarta Selatan [email protected]

Abstrak Pemanfaatan energi terbarukan setempat mendapat tempat tersendiri di dalam cetak biru pemerintah daerah. Jika hal tersebut diimplementasikan maka harus didukung oleh ketersediaan data beserta analisa kelayakannya. Namun di sisi lain keterbatasan sumber daya manusia seringkali menghambat pemenuhan akan kebutuhan ini. Tujuan dari kegiatan penelitian ini adalah memberikan analisa mengenai potensi energi angin di daerah Serdang Bedagai, Provinsi Sumatra Utara. Penentuan titik lokasi pengukuran kecepatan dan arah angin dilakukan di Desa Sentang, Kecamatan Teluk Mengkudu, Kabupaten Serdang Bedagai pada koordinat 030 33.902 N dan 0990 07.775 E. Pengukuran dilakukan selama 12 bulan dengan waktu sampling rata-rata setiap 10 menit-an, pada ketinggian alat ukur 20m, 30m dan 50m. Data kemudian di ekstrak dengan menggunakan perangkat lunak NOMAD Desktop sebagai analisa statistikal dan kemudian dilakukan simulasi modeling dengan menggunakan perangkat lunak WAsP sebagai ekstrapolasi horisontal sejauh radius 10 km untuk mengetahui potensi energi angin. Hasil penelitian menunjukkan bahwa potensi energi angin yang dipunyai oleh Kabupaten Serdang Bedagai adalah 26 - 38 watt/m2. Kata kunci: potensi energi angin, serdang bedagai, kecepatan rata-rata angin Abstract The usage of renewable energy resources has declared in the blue print of its local government policy. It must be supported by reliable data and the feasibility study of them, but the human resources competency reach the limitation for the demand growing. This research gives analysis for the wind energy potency in Serdang Bedagai, North Sumatera. The met mast had been located in the Sentang village, Teluk Mengkudu, by coordinat 030 33.902 N and 0990 07.775 E. The measurement has been done for 12 months with 10 minutes mean sampling time at 20m, 30m, and 50m height. By using NOMAD Desktop software, the datas will be shown in the statistical graphs. The modelling has been proceed by WAsP software and give us horizontal extrapoplation in the 10 km radius from the met mast for the wind energy potency. It shows that Serdang Bedagai has power density in the range of 26 - 38 watt/m2. Keywords: wind energy potency, serdang bedagai, mean wind speed

Diterima : 10 Juni 2014, direvisi : 16 Februari 2015, disetujui terbit : 28 Mei 2015

15

Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 14 No. 1 Juni 2015 : 31 - 44 masyarakat terhadap energi yang masih rendah

PENDAHULUAN Kebutuhan

energi

di

Indonesia

khususnya dan di dunia pada umumnya terus meningkat. Pola peningkatan tersebut dipengaruhi

oleh

pertumbuhan

pertambahan

ekonomi dan pola

penduduk, konsumsi

energi masyarakat yang belum mempertimbangkan penghematan pemakaian energi. Di sisi lain, ketersediaan energi fosil yang selama ini menjadi sumber energi utama semakin menipis.[1] Energi

angin

merupakan salah satu

energi terbarukan yang berkembang pesat di dunia. Pemanfaatan energi angin yang telah dijumpai antara lain: untuk pemompaan air dalam sistem

irigasi,

pembangkit

listrik,

pengering, aerasi tambak ikan/udang dan lainlain. Pemanfaatan energi angin dapat dilakukan diberbagai wilayah, baik di area landai maupun dataran tinggi, bahkan dapat diterapkan di laut. [3]

Berdasarkan data Global Wind Energy

Council

(GWEC),

kapasitas

terpasang

Pembangkit Listrik Tenaga Angin di dunia tahun 2010 sebesar 194,4 GW, jauh meningkat dibandingkan tahun 1996 yang baru sebesar 6,1 GW.[5] Sementara itu, pemanfaatan energi angin di Indonesia belum mendapat perhatian. Berdasarkan

data

Ditjen

EBTKE

tahun

2012, total kapasitas terpasang dalam sistem konversi angin baru sebesar 2,731 MW.

[6]

Hal

ini karena beberapa kendala; seperti: karena sering dianggap belum kompetitif dibandingkan energi fosil, belum tersedianya data potensi sumber daya yang lengkap, masih terbatasnya kajian/studi yang dilakukan, akses

16

dan masih kurangnya peranan pemerintah. Pada dasarnya, angin terjadi karena perbedaan suhu antara udara panas dan udara dingin. Di daerah khatulistiwa, udara menjadi panas dan mengembang menjadi ringan, naik ke atas dan bergerak ke arah yang lebih dingin. Sebaliknya, di daerah kutub yang dingin, udara menjadi

dingin

dan

turun

ke

bawah.

Akibatnya, terjadi perputaran udara oleh perpindahan udara dari kutub utara ke garis katulistiwa menyusuri permukaan bumi dan, sebaliknya, terjadi perpindahan udara dari khatulistiwa kembali ke kutub utara, melalui lapisan udara yang lebih tinggi. [3] Walaupun pemanfaatan energi angin dapat dilakukan dimana saja, daerah-daerah yang memiliki potensi angin yang tinggi tetap perlu diidentifikasi agar pemanfaatan energi angin lebih kompetitif dibandingkan dengan energi alternatif lainnya.

[6]

Data akurat

mengenai potensi energi angin di lokasi target merupakan salah satu faktor penting untuk dapat memanfaatkan sumber energi angin secara ekonomis dan efisien, mengingat angin adalah gejala alam yang berfluktuasi. Data penting yang dibutuhkan meliputi kecepatan dan arah angin pada lokasi target selama jangka waktu minimal 1 tahun serta data metereologi daerah sekitar. Tujuan dari kegiatan penelitian ini adalah memberikan analisa mengenai potensi energi angin di daerah Serdang Bedagai, Provinsi Sumatra Utara berdasarkan hasil pengukuran kecepatan angina pada ketinggian 20m, 30m dan 50m selama 12 bulan.

Potensi Energi Angin di Kabupaten Serdang Bedagai, Provinsi Sumatra Utara

Kondisi Umum Kabupaten Serdang Bedagai Peta kabupaten Serdang Bedagai ditunjukkan pada Gambar 1. Serdang Bedagai terletak pada ketinggian hingga 500 meter dari permukaan laut, dengan iklim tropis dimana kondisi

iklimnya

hampir

sama

dengan

Kabupaten Deli Serdang sebagai kabupaten induk. Pengamatan Stasiun Sampali menunjukkan rata-rata kelembapan udara per bulan sekitar 84%, curah hujan berkisar antara 30 sampai dengan 340 mm perbulan dengan periodik tertinggi pada

bulan Agustus - September,

hari hujan per bulan berkisar 8-26 hari dengan periode hari hujan yang besar pada bulan Agutus-September.

Rata-rata

kecepatan

angin

berkisar 1,9 m/dt dengan tingkat penguapan sekitar 3,47 mm/hari. Temperatur udara perbulan minimum 23,70C dan maksimum 32,20C Kemampuan sektor industri pengolahan, pertanian, perdanganan, hotel dan restoran sebagai sektor unggulan Kabupaten Serdang Bedagai menjadi penyumbang terbesar Produk Domestik Regional Bruto (PDRB). Seiring dengan

meningkatnya

kesejahteraan

masyarakat, kualitas hidup masyarakat juga

PLTU dan Gas yang terpasang di Pembangkit Listrik Sicanang Medan dan melalui jalur interkoneksi ekstra tegangan tinggi Sumatera Utara untuk pelayanan Kabupaten Serdang Bedagai. Pelanggan listrik yang terdapat di Kabupaten Serdang Bedagai terdiri dari rumah tangga, industri, perkantoran, badan sosial/ tempat ibadah, dan usaha lainnya. Jumlah pelangan listrik di Kabupaten Serdang Bedagai sebanyak 93.202, pelanggan terbesar adalah rumah tangga dengan jumlah 87.974 rumah tangga, bila di lihat jumlah rumah tangga yang terdapat di Kabupaten Serdang Bedagai sebesar 150.543 rumah tangga maka belum seluruhnya terlayani baru sekitar 71%.[4]

DASAR TEORI Rapat

daya

angin (Wind

Power

Density = WPD) merupakan indikasi awal dari potensi energi angin di suatu daerah dibandingkan dengan kecepatan angin. Nilai WPD sangat dipengaruhi oleh distribusi kecepatan angin, densitas

udara dan kecepatan angin. WPD

didefinisikan sebagai energi angin tersedia dibagi dengan luas sapuan blade turbin. [3]

mengalami peningkatan yang tergambar dalam pencapaian Indeks Pembangunan Manusia (IPM)

pada

tahun

2011

sebesar

73,25

meningkat menjadi 73,64 di tahun 2012. Dimana n adalah kuantitas data terekam dalam Kebutuhan listrik di Kabupaten Serdang Bedagai bersumber dari PLN, Listrik Diesel

jarak waktu tertentu, ρadalah densitas udara dan v adalah kecepatan angin rata-rata.

dan listrik yang dikelola oleh swasta. Kapasitas listrik terpasang tahun 2010 sebesar 79.169 kW dan kapasitas terpakai sebesar 32.831 kW. Sumber tenaga pembangkit bersumber dari

Apabila

ketinggian

alat

ukur

(anemometer) kecepatan rata-rata angin tidak sama dengan ketinggian desain turbin maka

17

Gambar 1. Peta Kabupaten Serdang Bedaga[4]


18


diperlukan perhitungan ekstrapolasi kecepatan

ukur dimulai dengan survei sesaat. Titik

rata-rata angin disesuaikan dengan ketinggian

pengukuran ditentukan berdasarkan informasi

yang diinginkan. Rumus yang digunakan untuk

masyarakat sekitar tentang kualitas angin yang

ekstrapolasi data angin yang tersedia sesuai

besar dan diskusi dengan Pemkab untuk

dengan ketinggan turbin adalah

selanjutnya dilaksanakan pengukuran sesaat. Hasil diskusi memberikan rekomendasi lokasi pengukuran sesaat angin, yaitu :Desa Bagan Kuala, Kec. Tanjung Beringin; Desa Sentang, Kec. Teluk Mengkudu ; dan Desa Pantai

Dimana vh adalah kecepatan rata-rata pada ketinggian turbin, vref adalah kecepatan angin rata-rata pada ketinggian alat ukur anemometer. Hh adalah tinggi turbin dan Href adalah tinggi alat ukur anemometer Untuk potensi daya energi angin dapat di hitung dengan rumus

Cermin, Kec. Pantai Cemin. Gambar 2. Lokasi pengukuran kecepatan angin di Kabupaten Serdang Bedagai (kurang lebih 140 km timur laut danau Toba) Dengan

mempertimbangkan

kondisi

topologi, kemudahan akses, dan pengawasan, Desa Sentang Kecamatan Teluk Mengkudu

3

P = ½.r.A.v .Ef Dimana P adalah daya (W), r adalah kerapatan udara (1.2 kg/m3), A adalah luas sapuan baling -baling (m2), v adalah kecepatan angin (m/s) dan Ef adalah efisiensi total sistem konversi energi angin (maksimum 45%).[2]

METODOLOGI Penelitian dilakukan dengan melalui tahapan sekunder untuk angin,

Kabupaten Serdang Bedagai pada koordinat

terrain dan lingkungan, pengumpulan data

(030 33.902 N; 0990 07.775 E) dipilih sebagai

primer profil kecepatan angin diperoleh dari

lokasi menara ukur kecepatan angin (met

menara ukur kecepatan angin setinggi 50 m

mast). Selanjutnya dilakukan pengukuran data

dimana anemometer terpasang pada ketinggian

kecepatan dan arah angin selama 12 bulan

20 meter, 30 meter dan 50 meter, dan vane

(Nopember 2012-Oktober 2013) dengan waktu

pada ketinggian 20 meter dan melakukan ana-

sampling rata-rata setiap 10 menit-an. Data

lisis data dari profil angin hasil pengukuran.[2]

terekam selanjutnya akan diolah dengan

pengumpulan

data

Pelaksanaan kegiatan lapangan dalam rangka mencari lokasi pemasangan menara

menggunakan

software

Nomad

Desktop

sehingga akan menghasilkan data statistik.

19


Gambar 3. Kurva distribusi kecepatan angin pada ketinggian 20m, 30m dan 50m di Desa Sentang (gambar sesuai urutan dari atas ke bawah)

20


Profil statistik dari kecepatan dan arah angin

m kecepatan 3–4 m/s sebanyak 2933,7 jam

selanjutnya dapat disajikan dalam bentuk

atau 32,4% dari periode pengukuran.

grafik sesuai kebutuhan. Analisa dengan mensimulasikan data dalam bentuk modeling untuk ektraspolasi horisontal dari titik lokasi menara ukur dapat dilakukan sejauh radius 10 km dengan menggunakan software WAsP. Dengan memasukkan parameter data angin (data hasil pengukuran kontinu selama 12 bulan berurutan), peta vektor (topologi) dan peta roughness (penentuan jenis roughness) maka akan didapat peta sebaran kecepatan angin pada ketinggian tertentu, distribusi arah angin rata-rata pada ketinggan tertentu dan rapat daya angin (wind power density).

hasil

pengukuran

yang

15 Nopember 2013, diperoleh data yang digambarkan dalam bentuk kurva distribusi terlihat

Gambar

3. Total

memperlihatkan

rose arah

(gambar angin

4) dan

probabilitasnya. Arah angin dominan datang dari Barat Daya (SW, 13.6%), sedangkan frekueensi angin terkecil datang dari arah Timur Tenggara (ESE: 1,4%). Arah dominan ini sangat diperlukan saat micrositting atau penempatan arah turbin sehingga bilah rotor turbin akan optimal dalam menangkap angin. Gambar 5 memperlihatkan kecepatan angin harian dalam periode waktu interval 24 jam. Kecepatan rata–rata harian tertinggi WIB pada ketinggian alat ukur 20 m.

dilaksanakan mulai 6 Nopember 2012 hingga

seperti

wind

terjadi antara pukul 13.00 sampai pukul 18.00

PEMBAHASAN DAN ANALISA Dari

Pola

waktu

pengukuran adalah 9045 jam. Kurva distribusi kecepatan angin rata-rata di Desa Sentang memperlihatkan kecepatan angin tercatat yang mulai dari 0 m/s sampai 12 m/s. Kecepatan angin angin diatas 10 m/s hingga maksimum 12 m/s hanya terjadi selama 0,83 jam atau 0,1%. Kecepatan angin yang paling banyak

Sedangkan pada ketinggian alat ukur 30 m kecepatan rata-rata harian tertinggi terjadi pada pukul 12.00 hingga 18.00 dan untuk alat ukur pada ketinggian 50 m memberikan data bahwa kecepatan rata-rata harian tertinggi terjadi pada pukul 12.00 hingga 19.00 dan kecepatan di jam lain hampir merata. Ini memperlihatkan pola bahwa semakin tinggi alat ukur berada maka hampir bisa dikatakan kecepatan angin akan cenderung konstan sesuai angin rata-ratanya, dikarenakan semakin berkurangnya faktor turbulensi udara.

frekuensi terjadinya adalah kecepatan rata-rata

Berdasarkan grafik seperti yang terlihat

sebesar 3-4m/s. Untuk di ketinggian alat ukur

pada Gambar 6 bahwa kecepatan rata-rata

20 m kecepatan 3-4 m/s sebanyak 1532,67 jam

angin harian untuk kurun waktu 6 Nopember

atau 16,9% periode pengukuran, untuk di

2012 hingga 15 Nopember 2013 adalah

ketinggian alat ukur 30 m kecepatan 3– 4m/s

kecepatan rata-rata angin harian 2,57 m/s; 3,15

sebanyak 2963 jam atau 32,7% dari periode

m/s dan 3,25 m/s pada ketinggian pada

pengukuran dan untuk ketinggian alat ukur 50

ketinggian 20m, 30m dan 50 m di atas

21


Gambar 4. Wind rose arah angin Desa Sentang

Gambar 5. Kecepatan angin harian di Desa Sentang dalam periode waktu interval 24 jam (gambar sesuai urutan dari atas ke bawah)

22


Gambar 6. Kecepatan rata-rata angin harian pada ketinggian 20m, 30m dan 50m (gambar sesuai urutan dari atas ke bawah)

23


Gambar 7. Hasil simulasi kecepatan angin pada ketinggian 20m, 30 m dan 50m (gambar sesuai urutan dari atas ke bawah)

24


Gambar 8. Contoh hasil simulasi modeling untuk rapat daya ngin pada ketinggian 20 m

25


Gambar 9. Grafik Daya Turbin Angin

DS-700

(telah berkorespondensi dengan manufaktur produsennya) permukaan tanah. Hal tersebut menunjukkan

Berdasarkan simulasi modeling yang

bahwa kecepatan rata-rata angin di daerah

dilakukan diperoleh nilai kecepatan rata-rata

Serdang Bedagai relatif kecil (kurang dari

angin untuk masing-masing ketinggian 20m,

3,5m/s). Tidak terlihat adanya turbulensi yang

30m dan 50m adalah sebesar 2,57 m/s; 3,15 m/

signifikan dalam kurun waktu pengukuran.

s dan 3,25 m/s dan rapat daya untuk masing-

Data hilang (tidak terekam) terjadi selama 7

masing ketinggian 20m, 30m dan 50m adalah

hari di bulan Juni 2013 akan tetapi pengaruh

sebesar 26 watt/m2 , 35 watt/m2 dan 38 watt/

secara keseluruhan terhadap hasil pengolahan

m2.

data dikarenakan prosentasenya tidak lebih dari 1% dari kuantitas data yang diperoleh. Ekstrapolasi kecepatan angin dalam radius 10 km dari menara ukur dapat disimulasikan dengan menggunakan software modelling

sehingga

diperoleh

sebaran

kecepatan rata-rata angin seperti terlihat pada gambar 7. Ekstrapolasi dilakukan untuk setiap data hasil pengukuran pada ketinggian 20 m, 30 m, dan 50 m.

26

Dengan

kecepatan

rata-rata

angin

kurang dari 4 m/s maka wilayah kabupaten Serdang Bedagai mempunyai probabilitas keberhasilan

30%

untuk

pengembangan

pembangkit listrik energi angin. Sebagai

contoh

apabila

digunakan

turbin angin mikro 700 W yang mempunyai grafik power curve seperti terlihat pada Gambar 7. [7]


Pada

kecepatan

3-4

m/s

dengan

dikembangkan pemanfaatannya sebagai

frekuensi 30% untuk jenis turbin angin ini

PLT Angin.

hanya akan menghasilkan daya kurang dari 100 W, belum termasuk rugi-rugi (losses) dan

DAFTAR PUSTAKA

efisiensi turbin angin 20%. Sehingga kurang

[1].

tepat

(tidak

feasible)

untuk

dibangun

tisitas Energi 2012, ISBN 978–979–

pembangit listrik tenaga angin.

3733–57–9, Edisi Pertama, Nopember 2012, Penerbit BPPT.

KESIMPULAN DAN SARAN 

Kecepatan rata-rata angin (nilai tengah

[2].

J.F. Manwell, J.G. McGowan and A.L. Rogers, 2002, Wind Energy Explained: “Theory, Design & Application, John Wiley & Sons Ltd.

[3].

Bin W et all, 2011, Power Conversion and Control of Wind Energy Systems, Wiley-IEEE Press; 1 edition.

[4].

Tim Penyusun, 2012, Serdang Bedagai Dalam Angka 2011, Badan Pusat Statistik Serdang Bedagai, Sumatera Utara.

[5].

World Wind Energy Association, http:// www.wwindea.org/technology/ch02/ en/2_4_1.htm. Di akses pada 21 Mei 2014.

[6].

Direktorat Jenderal Ketenagalistrikan— Kementrian ESDM, 2013, Statistik Ketenagalistrikan 2013, Penerbit Ditjen Ketenagalistrikan.

[7].

http://www.hi-vawt.com.tw/en/ ds700w.htm diakses pada 21 Mei 2014.

distribusi kecepatan) di Desa Sentang Kecamatan Teluk Mengkudu sebesar dengan kecepatan angin rata–rata 2,57 m/s; 3,15 m/s dan 3,25 m/s pada ketinggian 20 m, 30 m dan 50 m; analisa Wind Rose memperlihatkan bahwa arah angin dominan berasal dari barat daya (SW – 14,6%).



Bulan Mei dan Juni adalah bulan-bulan terendah kecepatan angin sedangkan di bulan lain kecepatan angin cenderung stabil sesuai kecepatan rata-rata.



Perhitungan dari simulasi untuk power density adalah sebesar 26 watt/m2 , 35 watt/m2 dan 38 watt/m2 untuk ketinggian 20m , 30m dan 50 m.



Penggunaan

mesin

BPPT, Perencanaan Efisiensi dan Elas-

turbin

angin

kapasitas 700 W akan menghasilkan daya sebesar kurang dari 100 W.



Potensi

energi

Kecamatan

angin Teluk

di

wilayah

Mengkudu,

Kabupaten Serdang Bedagai, Provinsi Sumatera Utara tidak disarankan untuk

27

HALAMAN INI SENGAJA DIKOSONGKAN

POTENSI ENERGI ANGIN DI KABUPATEN SERDANG BEDAGAI, PROVINSI SUMATERA UTARA THE WIND ENERGY POTENCY IN SERDANG BEDAGAI, NORTH SUMATERA

Recommend Documents