Studi Aplikasi Flywheel Energy Storage Untuk Meningkatkan Dan Menjaga Kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH)
Oleh :
Pembimbing:
Moh. Syaikhu Aminudin
Ir. Sarwono, MM. Ridho Hantoro, ST. MT
I. Latar Belakang Seiring makin dirasakannya krisis sumber daya energi maka peran dari sebuah alat penyimpan energi menjadi sangat penting akibat kebutuhan akan penggunaan energi yang efisien. Air merupakan salah satu sumber energi yang sangat potensial yang kita miliki, energi yang berlebih dari suatu pembangkit listrik tenaga air harus disimpan dalam bentuk tertentu atau energi tersebut akan terbuang percuma. Dari sekian banyak media penyimpan energi yang ada salah satu media yang dapat menyimpan energi yang berlebih kemudian menggunakannya kembali saat diperlukan adalah menggunakan flywheel (roda gaya).
II. Rumusan Masalah 1. Bagaimana mengetahui kinerja dari sebuah flywheel? 2. Bagaimana penyimpanan
desain
model
energinya
flywheel
yang
dan
mekanisme
diaplikasikan
pada
kinerja miniplant
pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH)? 3. Keuntungan apa yang diperoleh dari aplikasi flywheel energi storage pada miniplant PLTMH?
III. Batasan Masalah 1. Desain dan model flywheel energi storage mengikuti teori yang telah ada, hanya dilakukan modifikasi pada jari-jari. 2. Desain dan model flywheel energi storage mengikuti teori yang telah ada, hanya dilakukan modifikasi pada jari-jari. 3. Pengukuran dan pengujian flywheel menggunakan miniplant PLTMH. 4. Miniplant PLTMH hanya digunakan sebagai media aplikasi dan tidak dibahas secara mendalam. 5. Data yang akan dianalisa adalah hasil pengukuran perubahan torsi dan energi yang tersimpan dari flywheel.
IV. Tujuan
Adapun tujuan dari tugas akhir ini adalah studi mempelajari kinerja suatu flywheel energi storage sehingga bisa diaplikasikan pada suatu pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH). untuk meningkatkan torsi putaran turbin mikrohidro tersebut dan penyimpanan energinya dalam bentuk energi kinetik rotasi.
Diagram Alur Pengerjaan Eksperimen Tugas Akhir
V. Landasan Teori A. Roda Gaya (Flywheel) •
•
Flywheel merupakan sebuah piringan yang karena beratnya dapat menahan perubahan kecepatan yang drastis sehingga gerak putaran poros menjadi lebih halus. Flywheel memiliki kepadatan energi hingga ratusan kali lebih banyak dibandingkan dengan baterai yang ada saat ini serta dapat menyimpan dan melepaskan energi dengan lebih cepat.
• Energi disimpan secara mekanik di Flywheel dengan memutar porosnya. • Untuk dapat menyimpan energi yang bermanfaat, poros Flywheel harus berputar sangat cepat. • Jika energi yang tersimpan di roda Flywheel akan digunakan, sebuah generator dapat mengubah energi mekanik tersebut menjadi energi listrik.
A. Momen Inersia Momen inersia adalah sifat yang dimiliki oleh sebuah benda untuk mempertahankan posisisnya dari gerak berotasi dan ukuran resistansi/ kelembaman sebuah benda terhadap perubahan dalam gerak rotasi. Momen inersia untuk flywheel yang berbentuk cakram/silinder pejal adalah
1 2 I = mr 2 Dimana : I = Momen Inersia (kg.m2) m = Massa cakram (kg) r = Jari-jari cakram (m)
a
B. Torsi dan Energi Kinetik Rotasi Torsi adalah momen putar atau besarnya gaya yang dibutuhkan untuk melakukan percepatan rotasi. Sedangkan energi kinetik rotasi adalah besarnya energi yang tersimpan dalam suatu benda saat melakukan gerak rotasi.
τ = Ia Dimana:
τ I α Ek ω
1 2 E k = Iω 2
: Torsi (kg.m2/s2) : Momen Inersia (kg.m2) : Percepatan Sudut (rad/s2) : Energi kinetik rotasi (joule) : Kecepatan Sudut (rad/s)
VI. Model flywheel
Model flywheel pada aplikasi miniplant mikrohidro
VII. Fabrikasi Flywheel Flywheel yang dibuat berbentuk silinder maka rumus momen inersianya:
Dibuat beberapa flywheel dengan massa yang sama sedangkan jari-jari berbeda. Dengan menggunakan rumus volume silinder:
Didapat untuk massa yang sama:
NO
JARI-JARI (CM)
TEBAL (CM)
1
15
0.2
2
13.5
0.25
3
12.5
0.3
4
11.5
0.35
5
10.5
0.4
6
9.5
0.5
7
8.5
0.6
8
7.5
0.8
9
6.5
1.1
10
5.5
1.5
VIII. Uji Performansi
Serangkaian pengujian kinerja flywheel pada miniplant mikrohidro
1. Analisa Hasil Uji Kecepatan Rotasi “Diharapkan pemasangan Flywheel pada poros turbin miniplant mikrohidro tidak menurunkan kecepatan rotasinya.” No
Jari-jari Flywheel (m)
Kecepatan Rotasi (RPM)
1
tanpa flywheel
304.25
2
0.055
302.33
3
0.065
304.41
4
0.075
303.59
5
0.085
304.10
6
0.095
303.49
7
0.105
303.44
8
0.115
303.95
9
0.125
303.85
10
0.135
303.95
11
0.150
304.10
Hasil pengukuran kecepatan rotasi flywheel dari Pengujian
1 4. 30
5
95 3. 30
8 3. 30
44 3. 30
9
9
4 3. 30
5 3. 30
303.5
95 3. 30
5
304
1 4. 30
41 4. 30
304.5
2 4. 30
303 302.5
33 2. 30
Kecepatan Rotasi (RPM)
305
302 301.5 301 TF
0.055 0.065 0.075 0.085 0.095 0.105 0.115 0.125 0.135 0.15 Jari-jari Flywheel (m)
Grafik perubahan kecepatan Rotasi terhadap perubahan jari-jari flywheel dari pengujian
2. Analisa Hasil Uji Energi Kinetik “Secara teoritis Energi kinetik rotasi semakin besar seiring bertambahnya ukuran jari-jari flywheel.” No
Jari-jari Flywheel (m)
Energi kinetik (Joule)
1
0.055
0.825
2
0.065
1.169
3
0.075
1.548
4
0.085
1.995
5
0.095
2.482
6
0.105
3.030
7
0.115
3.647
8
0.125
4.306
9
0.135
5.026
10
0.150
6.212
Hasil perhitungan energi kinetik terhadap perubahan jari-jari flywheel dari pengujian
No
Jari-jari Flywheel (m)
Energi kinetik (Joule)
1
0.055
0.836
2
0.065
1.168
3
0.075
1.554
4
0.085
1.997
5
0.095
2.494
6
0.105
3.047
7
0.115
3.655
8
0.125
4.318
9
0.135
5.036
10
0.150
5.810
Hasil perhitungan energi kinetik terhadap perubahan jari-jari flywheel secara teoritis dengan kecepatan konstan 304,25 RPM
7.000
6.000
6.000
5.000
5.000
4.000
4.000
3.000
3.000
2.000
2.000
1.000
1.000
0.000
0.000
Energi Kinetik Rotasi Secara Teoritis (joule)
Energi Kinetik Rotasi Dari Pengujian (joule)
7.000
0.055 0.065 0.075 0.085 0.095 0.105 0.115 0.125 0.135 0.150 Jari-jari Flywheel (m) Energi kinetik rotasi dari pengujian
Energi Kinetik Rotasi secara teoritis
Perbandingan perubahan energi kinetik rotasi terhadap perubahan jari-jari flywheel dari pengujian dan perhitungan secara teoritis
3. Analisa Hasil Uji Energi Sisa “Semakin besar energi kinetik rotasi semakin lama waktu flywheel untuk berhenti dari berputar setelah gaya yang mengenainya dihilangkan.” No
Jari-jari Flywheel (m)
Lama Waktu Untuk Berhenti (s)
1
tanpa flywheel
1.35
2
0.055
4.25
3
0.065
5.65
4
0.075
7.14
5
0.085
8.39
6
0.095
10.87
7
0.105
13.69
8
0.115
15.39
9
0.125
16.15
10
0.135
17.11
11
0.150
18.09
Lamanya waktu yang dibutuhkan untuk berhenti berputar terhadap perubahan jari-jari flywheel dari pengujian
15.39
16.15
17.11
18.09 6.212
5.026
13.69 4.306 10.87 3.03
8.39 7.14 5.65 4.25 1.35
0.825
1.169
3.647
6 5 4 3
2.482
2
1.995 1.548
1
Energi Kinetik (joule)
Waktu Untuk Berhenti (s)
7
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
0 TF
0.055 0.065 0.075 0.085 0.095 0.105 0.115 0.125 0.135 0.15 Jari-jari Flywheel (m) Waktu Untuk Berhenti (s)
Energi Kinetik (joule)
Perbandingan perubahan energi kinetik rotasi dan lamanya waktu yang dibutuhkan untuk berhenti terhadap perubahan jari-jari flywheel dari pengujian
4. Analisa Hasil Uji Torsi “Secara teoritis Torsi semakin besar seiring bertambahnya ukuran jari-jari flywheel.” No
Jari-jari Flywheel (m)
Torsi (kg.m2/s2)
1
tanpa flywheel
0.009
2
0.055
0.017
3
0.065
0.018
4
0.075
0.019
5
0.085
0.023
6
0.095
0.025
7
0.105
0.027
8
0.115
0.029
9
0.125
0.030
10
0.135
0.034
11
0.150
0.045
Hasil perhitungan torsi terhadap perubahan jarijari flywheel dari pengujian
No
Jari-jari Flywheel (m)
Torsi (kg.m2/s2)
1
0.055
0.008
2
0.065
0.012
3
0.075
0.015
4
0.085
0.020
5
0.095
0.025
6
0.105
0.030
7
0.115
0.036
8
0.125
0.043
9
0.135
0.050
10
0.150
0.057
Hasil perhitungan torsi terhadap perubahan jari-jari flywheel secara teoritis dengan percepatan konstan 5 rad/s2
0.060 0.050 0.040 0.030 0.020 0.010
Torsi Secara Teoritis (kg.m2/s2)
Torsi Hasil Pengujian (kg.m2/s2)
0.050 0.045 0.040 0.035 0.030 0.025 0.020 0.015 0.010 0.005 0.000
0.000 TF 0.055 0.065 0.075 0.085 0.095 0.105 0.115 0.125 0.135 0.15 Jari-jari Flywheel (m) Torsi Hasil Pengujian (kg.m2/s2)
Torsi Secara Teoritis (kg.m2/s2)
Perbandingan perubahan torsi dari pengujian dan secara teoritis terhadap perubahan jari-jari flywheel
IX. Kesimpulan •
Penggunaan flywheel energy storage yang berbentk cakram/silinder pejal dapat meningkatkan energi kinetik rotasi serta torsi putaran turbin dari miniplant mikrohidro.
•
Energi kinetik rotasi dan torsi dari turbin miniplant mikrohidro terus meningkat 0,825 sampai 6,212 joule dan 0,009 sampai 0,045 kg.m2/s2 seiring dengan peningkatan variasi jari-jari 0,055 sampai 0,15 m selama flywheel tersebut massanya sama dan berputar dengan kecepatan sudut yang sama.
•
Flywheel energy storage dapat diaplikasikan pada suatu miniplant mikrohidro sehingga dapat diaplikasikan juga pada pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) dengan skala yang sebenarnya.
X. Saran • Jika memungkinkan, untuk meningkatkan kinerja flywheel energy storage yang berbentuk cakram/silinder pejal sebaiknya dilakukan modifikasi pada jari-jari karena jika dilakukan modifikasi pada massa dikwatirkan hal ini dapat menambah beban putaran turbin karena shaft-nya juga harus diperbesar untuk mengimbangi pertambahan beban dari flywheel tersebut sehingga pengaruh koefisien gesek akan lebih besar lagi akibat beban yang bertambah dari flywheel dan juga shaft. • Dalam fabrikasi atau pembuatan suatu flywheel harus dilakukan dengan teliti dan tepat karena jika tidak dapat menimbulkan vibrasi atau gerakan putaran flywheel jadi oleng. Hal ini justru akan membahayakan sistem yang diberi flywheel tersebut. • Untuk pengembangan penelitian selanjutnya dapat dibuat suatu alat ukur yang berintegrasikan komputer sehingga lebih mudah untuk memonitoring kinerja dari flywheel energy storage pada miniplant mikrohidro.
END SLIDE THANK YOU FOR YOUR ATTENTION
Editor: Syaikhu
