SOLAR THERMAL ENERGY STORAGE Prepared by : Izzu Farhan Fajri (1006735492) Ocky Meilianie Puspasari (100673542) Ratih Harumsari (1006787760) MANAJEMEN GAS - TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA - 2011
TABLE OF CONTENT
INTRODUCTION TYPE TECHNOLOGY & APPLICATION COST ADVANTAGE & DISADVANTAGE SOLAR THERMAL ENERGY IN INDONESIA
LATAR BELAKANG
KRISIS ENERGI : Ketergantungan terhadap energi tak terbarukan Konsumsi energi yang terus meningkat Keterbatasan energi dan perusakan lingkungan
PERLUNYA PENGEMBANGAN ENERGI TERBARUKAN
ENERGI MATAHARI
Cahaya matahari pancaran gelombang elektromagnet
Salah satu contoh dari sekian banyak bentuk energi yang dapat kita rasakan di bumi dan telah kita manfaatkan sumber dayanya berabad-abad
PEMANFAATAN ENERGI MATAHARI
PEMANFAATAN ENERGI MATAHARI Yearly Solar fluxes & Human Energy Consumption Solar 3,850,000 EJ Wind 2,250 EJ Biomass 3,000 EJ Primary energy use (2005) 487 EJ Electricity (2005) 56.7 EJ
Jumlah tenaga matahari yang mengenai bumi SANGAT besar Sinar Matahari adalah sumber daya alam yang sangat besar, dan sangat berpotensi untuk menggantikan suber daya alam yang tidak dapat diperbaharui.
PEMANFAATAN ENERGI MATAHARI Ada 2 macam teknologi yang sudah diterapkan: 1. Energi surya fotovoltaik Photovoltaic, atau konversi energi PV, secara langsung mengubah cahaya matahari menjadi Listrik 2. Energi surya termal Energi surya termal menggunakan tenaga
Solar Water Heating
Ada 2 tipe Sistem Solar Water Heating 1. Aktif Memiliki circulating pumps and controls. Cara kerjanya ada dua macam : aktif langsung jika air dipompa ke kolektor panas untuk dipanaskan lalu menuju langsung ke tangki penampung. aktif tidak langsung setelah air dipanaskan di kolektor panas, air berputar ke pemutar panas kembali ke kolektor sampai merata kemudian baru disimpan di dalam tangki.
Solar Water Heating (Cont’d) Contoh : Pemanas Air
Prinsip: Kolektor solar panel data pada dasarnya merupakan kotak yang ditutupi kaca yang ditaruh di atap seperti cahaya langit. Di dalam kotak terdapat serangkaian tabung pemotong dengan sirip pemotong terpasang. Seluruh struktur dilapisi substansi hitam yang didesain untuk menangkap sinar matahari. Sinar ini memanaskan air dan campuran bahan anti beku, yang beredar dari kolektor turun ke pemanas air di bawah tanah.
Solar Water Heating (Cont’d) 2. Passive, tidak memiliki circulating pumps and controls. lebih mudah dalam pemasangan dengan cara kerja lebih sederhana. Tangki air berfungsi ganda sebagai kolektor panas dan penampung air. Pergerakan air dikendalikan oleh gaya gravitasi. Air ditimba dari sumber air ke kolektor panas, diputar sehingga panas merata lalu dialirkan ke tangki penyimpan dengan reaksi konveksi. Konveksi menyebabkan terjadinya pertukaran antara air dingin di dalam tangki dengan air yang sudah dipanaskan dari kolektor panas.
SOLAR THERMAL ENERGY – solar thermal collector :
PROVEN AND MATURE TECHNOLOGIE S
PERLU PENELITIAN DAN PENGEMBANGA N LEBIH LANJUT UNTUK MENJADI KOMPETITIF
LOW temperatur e collectors
Berupa flat plates/plat datar umumnya digunakan untuk memanaskan kolam renang Berupa flat plates/plat datar digunakan untuk memanaskan air atau udara pada perumahan dan komersial
MEDIUM temperatur e collectors
HIGH temperatur e collectors
cermin atau lensa digunakan untuk produksi tenaga listrik.
APLIKASI LOW & MEDIUM thermal collector
– mengumpulkan radiasi matahari untuk memanaskan air dan udara untuk perumahan dan industri diantaranya sbb : - pemanas kolam renang - pemanas ruangan untuk rumah, kantor - air panas untuk domestik dan industri - desalinasi - alat pemasak energi matahari
- pengeringan tanaman
TREND INDUSTRI DAN PASAR “LOW & MEDIUM thermal collector ” :
Pada akhir tahun 1998, sekitar 30 juta m2 kolektor surya di seluruh dunia yang menyediakan air panas domestik dan komersial. sekitar 180 produsen di Eropa dan UnitedStates saja. Di Eropa, mar-ket telah tumbuh sebesar 18 % per thn (1990) dan diharapkan mencapai 15 juta m2 dengan tahun 2003. Pengalaman di Australia dan Belanda menunjukkan bahwa peraturan yang mendukung dapat di-lipatan volume produksi, sehingga menurunkan biaya secara keseluruhan.
APLIKASI HIGH thermal collector PRINSIP KERJA :
menggumpulkan panas matahari dengan concentrate solar power untuk menjalankan turbin, yang kemudian menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik
MAYOR SOLAR THERMAL PLAYER
Spanyol dan Australia adalah negara terkemuka saat ini dalam produksi energi surya termal.
Spanyol sudah menghasilkan sebagian besar listrik mereka dengan fasilitas termal surya mereka, seperti Acciona dan Abengoa - pendiri PS10 dan PS20 .
Abengoa adalah pionir menara listrik pertama yang digunakan untuk produksi energi komersial.
eSolar bekerja dengan Southern California Edison untuk menggunakan teknologi panas matahari untuk menghasilkan 245 MW listrik.
BrightSource memiliki kontrak dengan Pacific Gas dan Electric Company untuk membawa tenaga surya yang dihasilkan lebih panas ke California.
An eSolar project in California.
Abengoa’s PS10 project in Seville, Spain The Acciona Nevada Solar One plant : 75 MW (Parabolic Trugh)
Concentrate Solar Power
System Concentrated-solar technology menggunakan cermin atau lensa untuk memfokuskan cahaya matahari dari area besar ke area kecil. Concentrating technologies ada dalam empat bentuk umum, yaitu melalui : Parabolic
trough Dish Striling Concentrating linear Fresnel reflector Solar power tower
1. PARABOLIC TROUGH
2. DISH STRILING
3. FRESNEL REFLECTOR
4. SOLAR POWER TOWER
1. Parabolic Trough PENGERTIAN
Terdiri dari reflektor parabola linier yang cahaya terkonsentrasi ke penerima/receiver diposisikan sepanjang garis fokus reflektor itu. Penerima/receiver adalah tabung diposisikan tepat di atas tengah cermin parabola dan diisi dengan fluida kerja. Reflektor mengikuti matahari selama siang hari dengan melacak sepanjang sumbu tunggal. Bersamaan dengan itu, fluida kerja (misalnya molten-salt) menjadi dipanaskan hingga 150-350°C kemudian mengalir melalui receiver dan kemudian digunakan sebagai sumber panas untuk system pembangkit listrik sistem.
KELEBIHAN :
Merupakan Thermal Concentrate yang paling maju dan banyak digunakan Berpotensi untuk menyimpan energi panas matahari untuk digunakan selama periode non-surya dan untuk mengirimkan ketika dibutuhkan. Maka penyimpanan energi termal (TES) memungkinkan pembangkit listrik mencapai kapasitas tahunan lebih tinggi 25% - 70% tanpa penyimpanan panas
TEKNOLOGI PERNYIMPANAN ENERGI PANAS “Parabolic Trough” terdiri dari : Storage systems Two-tank
direct Two-tank indirect Single-tank thermocline
Molten-salt heat transfer fluid Storage media
STORAGE TANK “Single-Tank Thermocline”
Pengertian : Satu tank untuk hot dan cold fluid hot fluid terletak di bagian atas dan cold fluid di bawah. Kelebihan : sistem penyimpanan dengan biaya lebih murah dibanding menggunakan two-tank storage. Selain itu sebagian dari storage fluid dapat diganti dengan lowcost filler material (quartzite rock and sand for the filler material)
Thermocline test at Sandia National Laboratories
HEAT TRANSFER FLUID (MOLTEN-SALT)
Cairan perpindahan panas : minyak sintetis atau molten-salt
Saat ini lebih banyak digunakan nitrate molten-salt untuk suhu operasi yang lebih tinggi sehingga meningkatkan efisiensi pabrik Harganya relatif lebih rendah daripada minyak sintetik
Molten salt membeku pada suhu tinggi 120 - 220°C maka harus dipastikan molten-salt tidak membeku dalam pipa pada malam hari.
Research :
The Italian research laboratory, ENEA, menemukan molten-salt (a salt mixture) yang membeku pada 220°C
Sandia National Laboratories mengembangkan salt mixture yang
FILLER MATERIAL INSIDE TANK Berguna untuk : mengurangi volume cairan molten-salt yang diperlukan Menghambat konduksi aksial Filler Material : quartzite rock and silica Mekanisme :
Pada bagian atas dan bawah porous bed adalah distributor daerah bebas dari filler bed. Daerah distributorini berfungsi untuk mempertahankan kondisi aliran seragam pada kedua ujung filler bed untuk mencapai tingkatan termal yang baik di dalam filler bed. charge half-cycle : Molten-salt mengalir melalui filler bed dari atas ke bawah filler bed dalam discharge half-cycle. : arah sebaliknya
2. Dish Strilling PENGERTIAN
Dish Stirling or Dish Engine System terdiri dari sebuah reflektor parabola yang berdiri sendiri yang mengkonsentrasikan cahaya ke receiver/penerima diposisikan pada titik fokus reflektor itu. Reflektor mengikuti Matahari sepanjang dua sumbu. Fluida kerja di receiver/penerima dipanaskan hingga 250-700°C dan kemudian digunakan oleh mesin Stirling untuk menghasilkan listrik.
KELEBIHAN Parabolic-dish system mempunyai efficiensi matahari-ke-listrik tertinggi
3. Fresnel Reflectors
PENGERTIAN tipis, strip cermin datar untuk mengkonsentrasikan sinar matahari ke tabung melalui fluida kerja yang dipompa.
KELEBIHAN
Cermin datar permukaannya lebih reflektif dibanding reflektor parabola, untuk menangkap lebih banyak sinar matahari yang tersedia, lebih murah daripada reflektor parabola. Fresnel reflektor dapat digunakan dalam berbagai ukuran CSP
Liddell Power Station's
Fresnel solar power plant PE 1 in southern Spain
4. Solar Power Tower PENGERTIAN solar power tower terdiri dari sebuah array of dual-axis tracking reflectors (heliostats) yang mengkonsentrasikan cahaya pada pusat receiver/penerima di atas menara, Didalam penerima/receiver berisi fluida kerja, yang dapat berupa air laut. Fluida kerja di receiver/penerima dipanaskan hingga 500-1000 ° C dan kemudian digunakan sebagai sumber panas untuk pembangkit listrik atau energi sistem penyimpanan . KELEBIHAN
Pengembangan Power-tower kurang maju dibanding dengan parabolic trough , tetapi mereka menawarkan efisiensi yang lebih tinggi dan lebih baik kemampuan penyimpanan energi.
PLANT : Solar-Two di Daggett, California Planta Solar 10 (PS10) di Sanlucar la Mayor, Spanyol 5 MW eSolar yang SunTower Sierra di Lancaster, California (menara CSP operasi fasilitas hanya di Amerika Utara)
Solar Towers from left: PS10,
PS-10 merupakan Solar Power Generation Plant pertama dengan power yang akan dihasilkan lebih dari 300MW pada tahun 2013. PS10 solar power tower menyimpan panas dalam tank sebagai superheated dan pressurized water pada 50 bar @ 285°C.
Negara PS10 (Planta Solar 10) Solar Power Plant
Spain
Location
Sanlúcar la Mayor, Andalusia
Coordinates
37°26′36.42″N 06°15′14.28″WCoordinate s: 37°26′36.42″N 06°15′14.28″W
Status
Operational
Construction began
2004
Construction cost
€35 million
Owner(s)
Abengoa Solar
Constructor(s)
Tecnical-Tecnicas Reunidas ALTAC Solar farm information
• mirrors (kaca) mempunyai permukaan area pengkuran 120 m² dimana kosentrat sinar matahari sampai atas 115 m • 40-storey tower ditempatkan solar receiver dan steam turbine • Turbin mengerakkan generator untuk menghasilkan listrik
Type
CSP
CSP technology
Solar power tower
Heliostats
624 Power generation information
Installed capacity
11 MW
PERBANDINGAN CST VS PV
Contoh perhitungan menggunakan data Solar Power Plant di Australia Untuk membandingkan teknologi solar yang lain, perlu dilakukan perhitungan “Levelized Power Cost” dan NPV dari project. Analisa keekonomian menggunakan WACC sebesar 9.5% Umur proyek selama 20 tahun
HASIL SIMULASI
Dari hasil simulasi diperoleh ACT solar through plant memiliki Capex paling kecil dan Levelized Cost terendah. Untuk selanjutnya ACT solar through plant akan digunakan dalam simulasi sensitivitas berikut:
Skenario 1: Capex = $4,600/kW (tanpa subsidi, subsidi 33% dan 50%)
Skenario 2: Asumsi lower Capex = $2,500/kW (tanpa subsidi, subsidi 33% dan 50%)
Skenario 3: peningkatan subsidi dengan Capex $2,500/kW untuk mencapai Levelised Cost sebesar $95/MW
Skenario 4: Capex = $4,600/kW tapi menghasilkan listrik 93GWh/a
Skenario 5: menurunkan WACC menjadi 7.5% namun CAPEX tidak diberikan subsidi.
SENSITIVITY ANALYSIS
Input skenario:
SENSITIVITY ANALYSIS
Sensitivity analysis results:
PENGARUH UKURAN DAN LOKASI PLANT
Peningkatan ukuran plant tidak berbanding lurus dengan cost yang dikeluarkan, sebagai contoh:
Pada Plant dengan Capex $4,600/kW, peningkatan kapasitas dari 22 MW menjadi 44MW justru mengurangi Capex menjadi $3,416/kW menjadikan levelised cost turun 25% menjadi $191/MW
Pada Plant dengan Capex $2,500/kW, peningkatan kapasitas dari 22 MW menjadi 44MW justru mengurangi Capex menjadi $1,895/kW menjadikan levelised cost turun menjadi $137/MW (namun harus disadari bahwa angka $2,500/kW sudah sangat rendah.
Pemilihan lokasi plant yang memiliki radiasi panas yang baik dapat mengurangi cost, sebagai contoh:
Apabila Plant dibangun di Mildura (Solar radiation 21.7 MJ/m 2/day (20% lebih tinggi dibanding Canbera), maka akan mengurangi Plant cost sebesar $300/kW menjadi $4,300/kW.
Hal ini mengurangi levelised cost dari $254/MW menjadi $210/MW (berkurang sekitar 17%)
TENAGA TERBARUKAN LAIN
KEUNTUNGAN 1.
2.
3.
4.
Energi panas matahari merupakan energi yang tersedia hampir diseluruh bagian permukaan bumi dan tidak habis (renewable energy). Penggunaan energi panas matahari tidak menghasilkan polutan dan emisi yang berbahaya baik bagi manusia maupun lingkungan. Penggunaan energi panas matahari untuk pemanas air, pengeringan hasil panen akan dapat mengurangi kebutuhan akan energi fosil. Pembangunan pemanas air tenaga matahari
KERUGIAN 1.
2.
3.
Sistem pemanas air dan pembangkit listrik tenaga panas matahari tidak efektif digunakan pada daerah memiliki cuaca berawan untuk waktu yang lama. Pada musim dingin, pipa-pipa pada sistem pemanas ini akan pecah karena air di dalamnya membeku. Membutuhkan lahan yang sangat luas yang seharusnya digunakan untuk pertanian, perumahan, dan kegiatan ekonomi lainya. Hal ini karena rapat energi matahari sangat
KERUGIAN (Cont’d) 4.
5.
6.
Lapisan kolektor yang menyilaukan bisa mengganggu dan membahayakan penglihatan, misalnya penerbangan. Sistem hanya bisa digunakan pada saat matahari bersinar dan tidak bisa digunakan ketika malam hari atau pada saat cuaca berawan. Penyimpanan air panas untuk perumahan bukan merupakan masalah, tetapi penyimpanan uap air pada pembangkit listrik memerlukan teknologi yang sulit.
TEKNOLOGI DAN KEMAMPUAN NASIONAL
Selama ini masih dilakukan secara tradisional Pengguna : para petani dan nelayan di Indonesia untuk mengeringkan hasil pertanian dan perikanan secara langsung.
TEKNOLOGI DAN KEMAMPUAN NASIONAL
Secara umum, teknologi surya termal yang kini dapat dimanfaatkan termasuk dalam teknologi sederhana hingga madya. Skala rendah (temperatur kerja lebih kecil atau hingga 60 o C) dapat dibuat oleh bengkel pertukangan kayu/besi biasa. Skala menengah (temperatur kerja antara 60 hingga 120 o C) telah dikuasai dari rancangbangun, konstruksi hingga manufakturnya secara nasional. dapat dilakukan oleh industri manufaktur nasional.
PERALATAN YANG DIKUASAI
Peralatan yang telah dikuasai perancangan dan produksinya seperti sistem atau unit berikut: • • •
• • •
• • •
Pengering pasca panen (berbagai jenis teknologi); Pemanas air domestic; Pemasak/oven; Pompa air (dgn Siklus Rankine dan fluida kerja Isopentane ); Penyuling air ( Solar Distilation/Still ); Pendingin (radiatif, absorpsi, evaporasi, termoelektrik, kompressip, tipe jet); Sterilisator surya; Pembangkit listrik dengan menggunakan konsentrator dan fluida kerja dengan titik didih rendah.
SASARAN PENGEMBANGAN
Meningkatnya kapasitas terpasang sistem energi surya termal, khususnya untuk pengering hasil pertanian, kegiatan produktif lainnya, dan sterilisasi di Puskesmas. Tercapainya tingkat komersialisasi berbagai teknologi energi surya thermal dengan kandungan lokal yang tinggi.
STRATEGI PENGEMBANGAN ENERGI a.
b.
c.
d.
Mengarahkan pemanfaatan energi surya termal untuk kegiatan produktif, khususnya untuk kegiatan agro industri. Mendorong keterlibatan swasta dalam pengembangan teknologi surya termal. Mendor ong terciptanya sistem dan pola pendanaan yang efektif. Mendorong keterlibatan dunia usaha untuk mengembangkan surya termal.
PROGRAM PENGEMBANGAN 1.
2.
Melakukan inventarisasi, identifikasi dan pemetaan potensi serta aplikasi teknologi fototermik secara berkelanjutan. Melakukan diseminasi dan alih teknologi dari pihak pengembang kepada pemakai (agroindustri, gedung komersial, dan lain-lain) dan produsen nasional (manufaktur, bengkel mekanik, dan lain-lain) melalui forum komunikasi, pendidikan dan pelatihan dan proyek-proyek percontohan.
PROGRAM PENGEMBANGAN (Cont’d) 3.
4.
5.
6.
7.
Melaksanakan standarisasi nasional komponen dan sistem teknologi fototermik. Mengkaji skema pembiayaan dalam rangka pengembangan manufaktur nasional. Meningkatkan kegiatan penelitian dan pengembangan untuk berbagai teknologi fototermik. Meningkatkan produksi lokal secara massal dan penjajagan untuk kemungkinan ekspor. Pengembangan teknologi fototermik suhu tinggi, seperti: pembangkitan listrik, mesin stirling , dan lainlain.
PELUANG PEMANFAATAN
Prospek teknologi energi surya termal cukup besar, terutama untuk mendukung peningkatan kualitas pasca-panen komoditi pertanian, untuk bangunan komersial atau perumahan di perkotaan : Industri, khususnya agro-industri dan industri pedesaan, yaitu untuk penanganan pascapanen hasil-hasil pertanian, seperti: pengeringan (komoditi pangan, perkebunan, perikanan/peternakan, kayu olahan) dan juga pendinginan (ikan, buah dan sayuran);
PELUANG PEMANFAATAN (Cont’d)
Bangunan komersial atau perkantoran, yaitu: untuk pengkondisian ruangan ( Solar Passive Building , AC) dan pemanas air; Rumah tangga, seperti: untuk pemanas air dan oven/ cooker ; PUSKESMAS terpencil di pedesaan, yaitu: untuk sterilisator, refrigerator vaksin dan pemanas air.
KENDALA PENGEMBANGAN
Teknologi energi surya termal untuk memasak dan mengeringkan hasil pertanian masih sangat terbatas. Sebagai pemanas air, energi surya termal sudah mencapai tahap komersial. Teknologi surya termal masih belum berkembang karena sosialisasi ke masyarakat luas masih sangat rendah; Daya beli masyarakat rendah, walaupun harganya relatif murah; Sumber daya manusia (SDM) di bidang surya termal masih sangat terbatas. Saat ini, SDM hanya tersedia di Pulau Jawa dan terbatas lingkungan perguruan
