TUGAS AKHIR – LS 1336
STUDI PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI OMBAK TIPE OSCILLATING WATER COLUMN (OWC) ARSETO RAHADYAWAN NRP 4205 100 011 Dosen Pembimbing Ir. Sardono Sarwito, M.Sc. Muh. Badrus Zaman, ST. MT. JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009
FINAL PROJECT – LS 1336
WAVE POWER PLANT STUDY TYPE OSCILLATING WATER COLUMN (OWC) ARSETO RAHADYAWAN NRP 4205 100 011 Advisor Ir. Sardono Sarwito, M.Sc. Muh. Badrus Zaman, ST. MT. DEPARTMENT OF MARINE ENGINEERING Faculty of Marine Technology Sepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya 2009
LEMBAR PENGESAHAN
STUDI PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI OMBAK TIPE OSCILLATING WATER COLUMN (OWC)
TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Bidan Studi Marine Electrical and Automation System (MEAS) Program Studi S-1 Jurusan Teknik Sistem Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Oleh : ARSETO RAHADYAWAN Nrp. 4205 100 011
Disetujui oleh Dosen Pembimbing Tugas Akhir : 1. Ir. Sardono Sarwito, M.Sc ………………………..(
2. Muh. Badrus Zaman, ST, MT …………………..(
SURABAYA Juli, 2009
)
)
STUDI PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI OMBAK TIPE OSCILLATING WATER COLUMN (OWC) Nama NRP Jurusan Dosen Pembimbing
: Arseto Rahadyawan : 4205 100 011 : Teknik Sistem Perkapalan : Ir. Sardono Sarwito, M.Sc Muh. Badrus Zaman, ST, MT
Abstrak Salah satu sumber energi alternatif untuk pembangkit listrik yang banyak tersedia di Indonesia adalah ombak Pengkonversian energi ombak agar dapat berubah menjadi listrik salah satunya dengan menggunakan pembangkit listrik energi ombak dengan tipe oscillating water column (OWC). OWC pembangkit adalah pembangkit listrik dengan menggunakan ombak dan udara bertekanan yang terdapat pada air collecting chamber, udara termampatkan tersebut akan menggerakkan turbin yang disambungkan ke generator. Pada tugas akhir ini akan dilakukan studi tentang daya dan penempatan oscillating water column jika digunakan sebagai pembangkit listrik di Indonesia tepatnya di pantai selatan Jawa. Pada tugas akhir ini menggunakan percobaan model dengan bantuan program CFD. Dengan iji model pada program CFD akan didapat gaya (F) yang terdapat pada oriface atau konverter akibat udara bertekanan dari air collecting chamber. Diketahui bahwa semakin tinggi omban dan semakin lebar column akan membangkitkan daya ombak yang besar serta menghasilkan daya lstrik yang besar pula. Untuk 1 buah column dengn lebar 6 meter menghasilkan daya listrik sebesar 31.842,43 watt (31,84243 Kw). Unutk satu buah pembangkit yang terdiri 3 buah column menghasilkan daya listrik sebesar 95.52729 Kw. Pembangkit ini rencananya akan ditempatkan di daerah Pacitan tepatnya di pantai selatan Pactian tepatnya di Kecamatan Pringkuku.
Pembankit ini direncanakan untuk mensuplai kebutuhan rumah yang belum terpasang listrik PLN. Dengan beban listrik 2.744,1 Kw maka untuk mensuplai dibutuhkan pembangkit sebanyak 30 buah dengan masing – masing pembangkit memilki 3 column. Kata kunci : Tinggi ombak, oscillating water column, pantai selatan Jawa, daya yang dihasilkan, letak pembangkit.
WAVE ENERGY POWER PLANT STUDY TYPE OSCILLATING WATER COLUMN (OWC) Name NRP Deparment Supervisors
: Arseto Rahadyawan : 4205 100 011 : Marine Engineering : Ir. Sardono Sarwito, M.Sc Muh. Badrus Zaman, ST, MT Abstract
One of the alternative energy source for power plant in big supply in indonesia is wave. Wave convertion energy so that alterable be electricity one of them by using wave energy power plant with type oscillating water column (OWC). OWC generator power station by using wave and pressurized air found on water collecting chamber, compressible air will move turbine that interlocked to generator. In task will end this be done study about power and location oscillating water column if used as power station in indonesia precisely at coast south Java. In task ends this use model effort constructively program DFC. with model testing in program CFD be got force (F) found on oriface or pressurized air consequence converter from water collecting chamber. Known that excelsior wave and more wideer column will arouse big wave power with will produce electrical power big also. To one column with wide 6 meters produces electricity as big as 31.842,43 watt (31,84243 kw). For one generator that consist 3 column produce electricity as big as 95.52729 kw. This generator is the plan will be laided at region Pacitan precisely at coast south Pacitan precisely at district Pringku. Power plant this planned to supllay house need not yet pair electricity from PLN. With electricity load 2.744,1 kw so to mensuplai wanted generator as much as 30 power plant with each power plant have 3 column. Keyword:High wave, oscillating water column, coast south Java, power that produced, generator location.
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah hirobbil alamiin, puji syukur kehadirat Allah SWT, yang telah memberikan limpahan rahmat, taufiq dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan dengan baik Tugas Akhir yang berjudul “ Studi Pembangkit Listrik Energi Ombak Tipe Oscillating Water Column (OWC) “ ini tepat pada waktunya. Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu persyaratan kelulusan pendidikan Sarjana S-1 di Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, FTK – ITS Surabaya. Penyusunan Tugas Akhir ini dapat terlaksana dengan baik atas bantuan dan kerjasama dari banyak pihak. Pada kesempatan yang berbahagia ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebasar – besarnya kepada : 1. Ibu dan Bapak yang tercinta atas dukungan do’a dan material dari awal kuliah hingga selesainya tugas akhir ini, semoga beliau diberikan umur panjang, berkah dan rahmat dari Allah SWT. 2. Bapak Ir. Sardono Sarwito, M.Sc selaku Dosen Wali yang tanpa henti memberikan motivasi untuk maju dan bantuan yang tak terkira selama kuliah di Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, FTK – ITS Surabaya. 3. Bapak Ir. Sardono Sarwito, M.Sc dan Bapak Muh. Badrus Zaman, ST, MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah sabar memberikan wawasannya dan semangat untuk terselesaikannya Tugas Akhir ini. 4. Bapak Ir. Arief Suroso, M.Sc yang telah memberikan wawasan tentang Oscillating Water Column dan judul buku untuk referensi Tugas Akhir ini. 5. Seluruh Bapak Dosen dan staf karyawan Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, FTK – ITS Surabaya. viii
6. Teman – teman seperjuangan, Magneeforce 05. Terima kasih atas dukunngan semangat dari kalian tanpa dukungan dari kalian I am noting. 7. M.Oktiawan “Pithenk” Triwahyudi. Terimakasih teman sudah menjadi sahabat di kala senang dan susah. 8. Teman – teman Laboratorium Perancangan dan Rekayasa : Mbah Kentas, Dody Codot, Feris, Icul. Terima kasih telah meminjamkan komputernya untuk running. 9. Teman – teman Ruang Baca Jurusan Teknik Sistem Perkapalan. Terima kasih atas pinjaman buku – bukunya. 10. Rekan – rekan bidang studi MEAS atas sharing wawasan dan semangatnya. 11. Lutfi, Fahmi, Rizal, Abrori, Diar, Anugrah. Terima kasih telah menjadi sahabat yang selalu menghibur di saat kebuntuan melanda. 12. Uny, Fitri, Kasy. Terima kasih telah menemani di saat sendiri. 13. Semua pihak yang telah membantu dan karena terbatasnya halaman ini tidak dapat disebutkan satu persatu. Saran dan masukan yang membangun sangat penulis harapkan demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Semoga Laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua. Amin.
Surabaya, Juli 2009 Penulis
ix
DAFTAR ISI Halaman Judul Lembar Pengesahan Abstrak Abstact Kata Pengantar……………………………………………..
viii
Daftar Isi…………………………………………………...
x
Daftar Gambar……………………………………………...
xiv
Daftar Tabel………………………………………………..
xvi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Masalah…………………………
1
1.2
Perumusan Masalah……………………………..
2
1.2.1. Permasalahan……………………………..
2
1.2.2. Batasan Masalah………………………….
3
1.2.3. Tujuan Tugas Akhir………………………
3
1.2.4. Manfaat Tugas Akhir……………………..
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Sistem Tenaga…………………………………... 2.2. Generator………………………………………..
6
2.3. Proses Terjadinya Ombak……………………….
11
x
5
2.4. Gelombang Air Laut Sebagai Ombak……………
13
2.5. Faktor – factor Yang Mempengaruhi Ombak…....
15
2.5.1. Angin…………………………………….
15
2.5.2. Batimetri………………………………….
15
2.5.3. Refraksi………………………………….
16
2.5.4. Defraksi………………………………….
19
2.5.5. Refraksi………………………………….. 19 2.6. Energi Ombak…………………………………… 21 2.7. Daya Pada Turbin……………………………….
23
2.8. Efisiensi Turbin………………………………….
24
2.9. Efisiensi Kolektor………………………………..
24
2.10. Efisiensi Konerter………………………………
25
2.11. Efisiensi PLTO Oscillating Water Column (OWC)……………...
27
2.12. Perkiraan Daya Listrik Yang Dibangkitkan…….
28
2.13. Perhitungan Ekonomis PLTO…………………..
28
2.14. Oscillating Water Column (OWC)……………...
29
2.14.1. Pembangunan dan Konstruksi OWC……
32
BAB III METODOLOGI 3.1. Metodologi Penelitian…………………………… 41
xi
BAB IV ANALISA DATA 4.1. Perhitungan Daya Ombak Yang Masuk Ke Pembangkit……………………
45
4.2. Computational Fluid Dynamics………………….
47
4.2.1. Icem CFD…………………………………
47
4.2.2. Ansys CFX……………………………….
48
4.3. Perhitungan Daya Pada Turbin Pembangkit…….
51
4.4. Perhitungan Efisiensi Turbin……………………
55
4.5. Perhitungan Perkiraan Daya Listrik Yang Dibangkitkan……………………………...
57
4.6. Penempatan PLTO Pada Lokasi…………………
63
4.7. Aspek Ekonomis…………………………………
70
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan………………………………………
73
5.2. Saran……………………………………………..
74
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN BIODATA PENULIS
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1.1. Elemen pokok sistem tenaga………………..
6
Gambar 2.2.1.Generator AC sederhana……………………
6
Gambar 2.2.2. Proses pada generator AC………………….
7
Gambar 2.3.1. Karakteristik ombak…………………….......
13
Gambar 2.4.1. Bentuk ombak sederhana…………………...
14
Gambar 2.5.3.1. Refraksi gelombang………………………
17
Gambar 2.5.3.2.a. Refraksi di lembah……………………...
18
Gambar 2.5.3.2.b. Refraksi di punggung…………………..
18
Gambar 2.5.4.1. Difraksi gelombang di belakang rintangan..
19
Gambar 2.5.5.1. Refleksi…………………………………..
20
Gambar 2.5.5.2.Refeksi pada dinding vertical……………...
21
Gambar 2.9.1.Kolektor pada column PLTO……………….
25
Gambar 2.10.1. Konverter atau orifice pada column PLTO..
27
Gambar 2.14.1. Prinsip kerja dari OWC…………………...
32
Gambar 2.14.1.1 Oscillating water column (OWC) di bibir pantai………………………………………
33
Gambar 2.14.1.2 Oscillating water column (OWC) di pantai……………………………………………
33
Gambar 2.14.1.3 Kolektor pada OWC……………………..
34
Gambar 2.14.1.4 Konverter atau orifice pada column
34
Gambar 2.14.1.5 Proses pengerukan……………………… xiv
35
Gambar 2.14.1.6 Proses pengerukan……………………….
35
Gambar 2.14.1.7 Proses pengecoran beton…………………
36
Gambar 2.14.1.8 Proses pemasangan balok beton…………
36
Gambar 2.14.1.9 Proses pengecoran balok beton…………..
37
Gambar 2.14.1.10 Proses pemasangan orifice………………
37
Gambar 2.14.1.11 Rangkaian di dalam orifice……………..
38
Gambar 2.14.1.12 Proses pengerukan tembok penghalang...
38
Gambar 2.14.1.13 Proses pengerukan tembok penghalang...
39
Gambar 2.14.1.14 OWC yang telah beroperasi…………….
39
Gambar 4.2.1.1. Model column PLTO pada AutoCAD……
47
Gambar 4.2.1.1.Proses mesh pada model………………….
48
Gambar 4.2.2.1. Model column PLTO pada CFX…………
49
Gambar 4.2.2.2. Memasukkan parameter pada model column PLTO pada CFX…………………………………………..
50
Gambar 4.2.2.3. Proses running pada model column PLTO Pada CFX…………………………………………………..
51
Gambar 4.3.1 Uji coba model pada CFX…………………..
52
Gambar 4.6.1 Lokai PLTO pada koordinat (111.50,-8.5)….
64
Gambar 4.6.2. Pantai lokasi PLTO………………………...
65
Gambar 4.6.3 Pantai lokasi PLTO…………………………
66
Gambar 4.6.4 Rencana penempatan PLTO…………………
67
Gambar 4.6.5 Rencana penempatan PLTO…………………
68
Gambar 4.6.6 Pantai rencana penempatan PLTO…………..
69
Gambar 4.6.7 Pantai rencana penempatan PLTO…………..
69
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.14.1.Tabel tinggi gelombang………………………
30
Tabel 2.14.1.1 Tabel parameter untun desain OWC………..
40
Tabel 4.1.1 Hasil perhitungan daya ombak pada column ukuran 6 meter……………………………………………………..
46
Tabel 4.1.2 Hasil perhitungan daya ombak pada column ukuran 4 meter……………………………………………………..
46
Tabel 4.1.3 Hasil perhitungan daya ombak pada column ukuran 3 meter……………………………………………………..
46
Tabel 4.3.1. Hasil perhitungan daya turbin untuk column ukuran 6 meter…………………………………………………….
54
Tabel 4.3.2. Hasil perhitungan daya turbin untuk column ukuran 4 meter…………………………………………………….
54
Tabel 4.3.3. Hasil perhitungan daya turbin untuk column ukuran 3 meter…………………………………………………….
54
Tabel 4.4.1. Hasil perhitungan efisiensi turbin untuk column ukuran 6 meter…………………………………………….. 56 Tabel 4.4.2. Hasil perhitungan efisiensi turbin untuk column ukuran 4 meter…………………………………………….. 56 Tabel 4.4.3. Hasil perhitungan efisiensi turbin untuk column ukuran 3 meter…………………………………………….. 56 Tabel 4.5.1. Hasil perhitungan power yang dihasilkan generator untuk column ukuran 6 meter………………………………
xvi
59
Tabel 4.5.2. Hasil perhitungan power yang dihasilkan generator untuk column ukuran 4 meter………………………………
59
Tabel 4.5.3. Hasil perhitungan power yang dihasilkan generator untuk column ukuran 3 meter………………………………
60
Tabel 4.5.4 Perkiraan penggunaan listrik…………………..
61
Table 4.6.1 Data lokasi PLTO dengan koordinat (111.50,-85). 63
xvii
