Pembangkit Non Konvensional OTEC

Transkripsi

1 Pembangkit Non Konvensional OTEC

2 OTEC Ada yang tahu apa itu OTEC?

3 OTEC OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion) atau Konversi Energi Termal Lautan atau dapat juga disebut : Pembangkit listrik tenaga panas permukaan air laut

4 OTEC OTEC adalah salah satu metode untuk menghasilkan energi listrik menggunakan perbedaan temperatur yang berada di antara laut dalam dan perairan dekat permukaan untuk menjalankan mesin kalor.

5 OTEC Perbedaan temperatur antara air laut dalam dan air permukaan laut disebabkan oleh cahaya matahari. Cahaya matahari yang menerpa Cahaya matahari yang menerpa permukaan air laut memanaskannya sampai temperatur 15 o C, sementara sedikitnya cahaya yang masuk ke dasar laut menurunkan suhunya sampai 5 o C

6 OTEC Bagaimana perbedaan temperatur yang kecil (antara 5 o C sampai 15 o C) dapat memutar turbin uap?

7 OTEC Perbedaan temperatur yang rendah menyebabkan perbedaan tekanan yang rendah, sehingga digunakan turbin bertekanan rendah. Jika tekanan dibuat rendah maka titik didih air juga akan turun dari 100 o C

8 OTEC Sejarah OTEC Dimulai pada tahun 1881, yaitu ketika Jacques Arsene d'arsonval, fisikawan prancis yang mengajukan konsep konversi energi termal lautan. Dan murid d'arsonval, George Claude yang membuat pembangkit listrik OTEC pertama kalinya di Kuba pada tahun Pembangkit listrik itu menghasilkan listrik 22 kilowatt dengan turbin bertekanan rendah. Pada tahun 1931, Nikola Tesla meluncurkan buku "On Future Motive Power" yang mencakup konversi energi termal lautan. Meski ia tertarik dengan konsep tersebut, ia beranggapan bahwa hal ini tidak bisa dilakukan dalam skala besar. Di tahun 1935, Claude membangun pembangkit kedua di atas ton kargo yang mengapung di atas lepas pantai Brazil. Namun cuaca dan gelombang menghancurkan pembangkit listrik tersebut sebelum bisa menghasilkan energi.

9 OTEC Sejarah OTEC Di tahun 1956, para fisikawan Prancis mendesain 3 megawatt pembangkit listrik OTEC di Abidjan, Pantai Gading. Di tahun 1962, J. Hilbert Anderson dan James H. Anderson, Jr. mulai mendesain sebuah siklus untuk mencapai tujuan yang tidak dicapai Claude. Mereka mematenkan desain siklus tertutup buatan mereka pada tahun Di tahun 1974 Amerika serikat mendirikan laboratorium Keahole Point di Pantai Kona, Hawaii. Laboratorium itu merupakan fasilitas penelitian dan percobaan OTEC terbesar di dunia. Hawaii merupakan lokasi yang cocok untuk penelitian OTEC karena permukaan lautnya yang hangat dan akses ke laut dalam yang dingin.

10 OTEC Jenis-jenis OTEC 1. Siklus Terbuka 2. Siklus Tertutup 3. Siklus Hibrid

11 OTEC 1. Siklus Terbuka Siklus terbuka menggunakan air laut secara langsung untuk menghasilkan listrik. Air laut yang hangat dimasukkan ke dalam tangki bertekanan rendah sehingga menguap. Uap ini dugunakan untuk menggerakkan turbin. Air laut yang menguap meninggalkan mineral laut seperti garam dan lain sebagainya sehingga bermanfaat untuk menghasilkan air tawar untuk diminum dan irigasi.

12 OTEC Gambar OTEC siklus terbuka

13 OTEC 2. Siklus Tertutup Siklus tertutup menggunakan fluida dengan titik didih rendah, misalnya amonia, untuk memutar turbin dan menghasilkan listrik. Air hangat di permukaan dipompa ke penukar panas di mana fluida bertitik didih rendah dididihkan. Fluida yang mengalami perubahan wujud menjadi uap akan mengalami peningkatan tekanan. Uap bertekanan tinggi ini lalu dialirkan ke turbin untuk menghasilkan listrik. Uap tersebut lalu didinginkan kembali dengan air dingin dari laut dalam dan mengembun. Lalu fluida kembali melakukan siklusnya.

14 OTEC Gambar OTEC siklus tertutup

15 OTEC 3. Siklus Hibrid Siklus hibrid menggunakan keunggulan sistem siklus terbuka dan tertutup. Siklus hibrid menggunakan air laut yang dilekatakkan di tangki bertekanan rendah untuk dijadikan uap. Lalu uap tersebut digunakan untuk menguapkan fluida bertitik didih rendah (amonia atau yang lainnya). Uap air laut tersebut lalu dikondensasikan untuk menghasilkan air tawar desalinasi.

16 OTEC (a)siklus tertutup (b)siklus terbuka

17 . OTEC

18 OTEC Apa kelebihan OTEC?

19 OTEC Apa tantangan yang menghambat OTEC?

20 Pembangkit Non Konvensional Konversi energi ombak laut

21 Konversi energi ombak laut Potensi Energi Ombak Laut Ombak laut adalah fenomena yang disebabkan oleh perputaran bumi dan bulan yang menyebabkan ketinggian permukaan air yang berbeda dan menyebabkan pergerakan udara atmosfer sehingga terjadi angin dan ombak laut.

22 Konversi energi ombak laut Potensi Energi Ombak Laut Ombak laut terjadi setiap hari dalam setahun (siang dan malam) dan selalu ada walaupun ada fluktuasi ombak yang besar dan kecil. Energi ombak laut dapat digunakan pada daerah yang sulit dijangkau saluran transmisi daya listrik (pulau atau pantai yang jauh dari keramaian)

23 Konversi energi ombak laut Ocean Wave Column (OWC) adalah salah satu metoda untuk menghasilkan energi listrik dengan memanfaatkan energi ombak atau gelombang air laut

24 Ocean Wave Column(OWC) Prinsip kerja.

25 Ocean Wave Column(OWC) Prinsip kerja.

26 Ocean Wave Column(OWC) Prinsip kerja.

27 Ocean Wave Column(OWC) Prinsip kerja. Sebuah tabung beton dipasang di pantai dan bagian yang lain masuk ke laut. Setiap ombak yang datang akan mendorong udara di dalam tabung ke darat dan ketika ombak surut udara akan dihisap ke laut kembali. Perubahan tekanan udara di dalam tabung dimanfaatkan sebagai sumber energi.

28 Ocean Wave Column(OWC) Turbin Angin. Penggerak generator adalah turbin angin yang berputar karena perbedaan tekanan udara akibat tinggi rendahnya permukaan air laut.

29 Ocean Wave Column(OWC) Turbin Angin. Turbin angin dapat dibuat dengan dua model : 1. turbin satu arah 2. turbin bolak-balik

30 Ocean Wave Column(OWC) 1. Turbin Angin Satu arah. Turbin dibuat dengan bentuk sirip satu arah dengan rancangan katup-katup disekitar turbin agar udara yang mengalir melalui turbin hanya satu arah saja walaupun aliran udara sebenarnya adalah bolak-balik seperti permukaan air laut.

31 Ocean Wave Column(OWC) 1. Turbin Angin Satu arah.

32 Ocean Wave Column(OWC) 2. Turbin Angin bolak-balik. Turbin dibuat dengan bentuk sirip dua arah yang dapat menyerap energi hembusan angin dari ombak

33 Ocean Wave Column(OWC) 2. Turbin Angin bolak-balik. Syarat turbin : 1. Mampu menyerap energi angin dua arah (masuk atau keluar) 2. Berputar ke satu arah (generator berputar satu arah)

34 Ocean Wave Column(OWC) Keuntungan : 1. Tanpa bahan bakar, tanpa polusi, ramah lingkungan 2. Dapat digunakan pada daerah terisolir (pulau atau pantai) 3. Penggunaan turbin angin >< turbin air 4.

35 Ocean Wave Column(OWC) Kelemahan : 1. Investasi yang cukup besar 2. Terbatas pada tepi pantai, jauh dari pengguna 3. Potensi energi : kecil sedang 4.

36 Ocean Wave Column(OWC) Contoh desain OWC

37 Ocean Wave Column(OWC) Contoh desain OWC

38 Ocean Wave Column(OWC) Contoh desain OWC

39 Ocean Wave Column(OWC) Contoh desain OWC

40 TUGAS Buat kliping tentang sistem konversi energi ombak laut selain OWC, yang menceritakan : 1. Potensi energi ombak laut yang akan dimanfaatkan 2. Komponen-komponen mesin konversi energi ombak laut 3. Prinsip kerja mesin konversi energi ombak laut 4. Keunggulan dan kelemahan sistem tersebut

41 Pembangkit Non Konvensional Fuel Cell (Sel Bahan Bakar)

42 FUEL CELL Fuel Cell (Sel Bahan Bakar) adalah suatu sel elektrokimia yang mengubah energi kimia dari suatu bahan bakar menjadi energi listrik.

43 FUEL CELL Listrik dibangkitkan dari reaksi antara bahan bakar dan senyawa oksidan. Reaktan-reaktan ini masuk ke dalam sel, menghasilkan listrik dan senyawa hasil reaksi keluar dari sel tanpa membawa elektrolit dari dalam sel. Ini membedakan antara fuel cell (FC) dengan media sistem elektrokimia biasa seperti batere basah yang hanya sekali pakai.

44 FUEL CELL Desain FC Konstruksi dasar sel bahan bakar setidaknya terdiri dari 3 lapis bagian yang tersusun, berupa : 1. Anoda 2. Elektrolit 3. Katoda

45 FUEL CELL 1. Anoda Pada anoda terdapat katalis yang mengoksidasi bahan bakar yang masuk (hidrogen) dan memecahnya menjadi ion muatan positif dan ion negatif (elektron)

46 FUEL CELL 2. Elektrolit Elektrolit dibuat dengan rancangan tertentu sehingga mampu melewatkan ion muatan positif tetapi menahan elektron untuk melintasinya

47 FUEL CELL 3. Katoda Ion muatan positif yang menembus elektrolit ditangkap oleh katoda. Elektron yang tertinggal pada anoda dialirkan melalui kabel sebagai arus listrik menuju ke katoda. Elektron dari kabel ini bertemu dengan muatan positif katoda lalu direaksikan dengan oksigen untuk dijadikan air (H 2 O)

48 FUEL CELL H 2 ion + Anoda ion + Elektrolit Katoda e - Beban e - O 2 H 2 O Gambar Siklus Dasar Sel Bahan Bakar

49 FUEL CELL Gambar Contoh Sel Bahan Bakar

50 FUEL CELL Pertimbangan-pertimbangan rancangan fuel cell : 1. Bahan elektrolit, yang menentukan tipe FC 2. Bahan bakar yang digunakan (mis. Hidrogen) 3. Katalis anoda, bahan pemecah bahan bakar menjadi elektron dan ion (biasanya katalis anoda adalah serbuk platina) 4. Katalis katoda, yang mengolah limbah (buangan) sel menjadi air atau CO 2. Biasanya katalis katoda dibuat dari bahan Nikel.

51 Jenis-jenis FC : FUEL CELL

52 Jenis-jenis FC : FUEL CELL

53

54 FUEL CELL Pemanfaatan Fuel Cell 1. Sumber Daya Listrik FC sangat tepat digunakan sebagai suplai daya listrik tempat-tempat yang jauh seperti : pesawat ruang angkasa, satelit/stasiun telekomunikasi

55 FUEL CELL Pemanfaatan Fuel Cell 2. Transportasi Konstruksi FC yang tidak terlalu besar dan rumit dapat diterapkan sebagai penggerak kendaraan

56 FUEL CELL Pemanfaatan Fuel Cell 2. Transportasi

57 Pembangkit Non Konvensional Polymer Electrolyte Fuel Cell (PEFC)

58 PEFC PEFC atau bisa juga disebut sebagai Proton Exchange Membrane Fuel Cell adalah sel bahan bakar yang menggunakaan bahan bakar gas hidrogen dan oksigen dari udara untuk menghasilkan energi listrik

59 A. Komponen PEFC: 1. Anoda.

60 A. Komponen PEFC: 2. Membran.

61 A. Komponen PEFC: 3. Katoda.

62 A. Komponen PEFC: 4. Bahan bakar.

63 PEFC A. Komponen PEFC : 1. Anoda 2. Membran(Polymer Electrolyte Membrane) 3. Katoda 4. Bahan bakar (Fuel)

64 PEFC 1. Anoda Anoda dibuat dari elektroda yang dapat ditembus oleh gas yang dibuat dari kertas atau lapisan karbon. Antara elektroda dan membran diletakkan lapisan katalis platinum yang akan memisahkan ion hidrogen positif (proton) dengan elektronnya.

65 PEFC 2. Membran Membran elektrolit polimer hanya akan melewatkan ion bermuatan positif dari sisi anoda ke sisi katoda. Elektron yang tertinggal pada anoda akan dipaksa melewati rangkaian luar menuju katoda menjadi arus listrik.

66 PEFC 3. Katoda Katoda dibentuk dengan unsur yang sama dengan anoda dan menerima ion bermuatan positif dari membran. Ion positif ini bertemu dengan elektron yang berasal dari anoda dan bereaksi menjadi uap air

67 PEFC 4. Bahan bakar PEFC menggunakan gas hidrogen sebagai bahan bakar utama. Sisa buangan proses direaksikan dengan oksigen dari udara menghasilkan uap air

68 PEFC B. Reaksi Kimia PEFC : 1. Anoda 2H 2 4H + + 4e - 2. Katoda O 2 + 4H + + 4e - 2H 2 O

69 PEFC Gambar Contoh Sel Bahan Bakar

70 PEFC C. Beda Potensial Sel Satu buah sel PEFC mempunyai beda potensial tidak lebih dari 1,16 Volt. Agar dapat digunakan untuk tegangan Agar dapat digunakan untuk tegangan yang lebih tinggi, beberapa atau lebih sel PEFC dirangkai secara paralel sehingga dapat menghasilkan tegangan yang diinginkan.

71 PEFC Gambar Contoh Kumpulan Sel Bahan Bakar

72 Pembangkit Non Konvensional Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)

73 SOFC SOFC adalah sel bahan bakar yang menggunakaan bahan bakar gas hidrogen dan oksigen dari udara dengan menggunakan elektrolit padat (keramik) untuk menghasilkan energi listrik

74 A. Komponen SOFC: 1. Anoda.

75 A. Komponen SOFC: 2. Elektrolit.

76 A. Komponen SOFC: 3. Katoda.

77 A. Komponen SOFC: 4. Bahan bakar.

78 A. Komponen SOFC: 4. Udara (O 2 ).

79 SOFC A. Komponen SOFC : 1.Anoda 2.Elektrolit 3.Katoda 4.Bahan bakar (Fuel) 5.Udara (O 2 )

80 SOFC 1. Anoda Anoda SOFC adalah bagian yang harus memiliki konduktifitas listrik yang tinggi, tahan terhadap pemuaian termal dan memiliki porositas yang baik. Sifat-sifat ini dimiliki oleh bahan logam, sehingga anoda SOFC dapat dibuat dari butiran atau serbuk nikel.

81 SOFC 2. Elektrolit Agar dapat melewatkan ion-ion oksigen, maka elektrolit SOFC harus mempunyai konduktifitas ionik yang tinggi dan koonduktifitas listrik yang rendah. Syarat ini dipenuhi oleh bahan keramik, seperti YSZ yang biasa digunakan sebagai elektrolit SOFC

82 SOFC 3. Katoda Katoda berfungsi untuk melewatkan molekul oksigen dari sisi katoda sampai pada elektrolit sel. Bahan yang biasa digunakan sebagai katoda SOFC adalah LaMnO 3

83 SOFC 4. Bahan bakar SOFC menggunakan gas hidrogen sebagai bahan bakar utama. Sisa buangan proses direaksikan dengan oksigen dari udara menghasilkan uap air

84 SOFC 5. Udara Udara (oksigen) berfungsi sebagai pengikat elektron yang dilepaskan oleh bahan bakar sebagai energi listrik dan direaksikan kembali menjadi uap air sebagai limbah pembakaran

85 SOFC B. Reaksi Kimia SOFC : 1.Anoda 2H 2 + 2O = 2H 2 O + 4e - 2. Katoda O 2 + 4e - 2O =

86 SOFC Siklus Bahan Bakar SOFC

87 SOFC C. Konfigurasi SOFC : 1.Mendatar 2.Tabular

88 SOFC 1. Konfigurasi mendatar

89 SOFC 2. Konfigurasi tabular

90 Kuis (22 Mei 2013) Jelaskan perbedaan prinsip kerja antara PEFC dan SOFC!

91 Pembangkit Non Konvensional Operasi Hibrid Pembangkit Non Konvensional

92 Operasi Hibrid Pembangkit Hybrid Operation : Suatu kondisi yang menuntut penggunaan suplai daya listrik bersama-sama dalam waktu yang sama. Contoh operasi hibrid : interkoneksi jaringan PLN

93 Syarat-syarat Operasi Hibrid 1. Ada lebih dari satu pembangkit listrik (satu pembangkit utama/primer dan satu atau lebih pembangkit lain / tambahan) 2. Ada beban listrik

94 Jenis Operasi Hibrid Pembangkit 1. Operasi hibrid arus searah (hibrid dc) 2. Operasi hibrid arus bolak balik (hibrid ac)

95 Jenis Operasi Hibrid Pembangkit 1. Operasi hibrid arus searah (hibrid dc) Hibrid dc dilakukan untuk beban dc dengan rating tegangan tertentu. Agar setiap pembangkit dapat dioperasikan secara bersama-sama perlu dipastikan setiap pembangkit menghasilkan tegangan keluaran yang sama.

96 Jenis Operasi Hibrid Pembangkit 1. Operasi hibrid arus searah (hibrid dc) Pembangkit utama Tegangan yang sama Beban Pembangkit tambahan

97 Jenis Operasi Hibrid Pembangkit 1. Operasi hibrid arus searah (hibrid dc) pengatur tegangan dc : regulator dc chopper voltage multiplier kombinasi inverter-rectifier lain-lain

98 Jenis Operasi Hibrid Pembangkit 2. Operasi hibrid arus bolak balik (hibrid ac) Hibrid ac dilakukan untuk beban ac dengan rating tegangan, frekuensi dan sudut fasa tertentu yang sama. Agar setiap pembangkit dapat dioperasikan secara bersama-sama perlu dipastikan setiap pembangkit ada pada tegangan, frekuensi dan sudut fasa yang sama.

99 Jenis Operasi Hibrid Pembangkit 2. Operasi hibrid arus bolak balik (hibrid ac) Pembangkit utama Tegangan, frekuensi dan sudut fasa yang sama Beban Pembangkit tambahan

100 Jenis Operasi Hibrid Pembangkit 2. Operasi hibrid arus bolak balik (hibrid ac) pengatur tegangan ac : autotrafo pengatur frekuensi ac : governor pada turbin pengatur sudut fasa : sinkronisator

101 Jenis Operasi Hibrid Pembangkit Bagaimana operasi hibrid sistem arus bolak balik dengan sistem arus searah atau sebaliknya?

102 Jenis Operasi Hibrid Pembangkit Contoh operasi hibrid : 1. PLN dengan OTEC 2. PLN dengan OWC 3.

103 Persiapan UAS 1. Materi ujian : Setelah UTS akhir. 2. Soal ujian : 5 soal essay. 3. Ujian tutup buku. 4. Waktu ujian : 60 menit. 5. Hal-hal yang dilarang : a. menggunakan hp. b. menggunakan tipp-ex. Jika salah tulis coret dengan satu garis. c. pinjam-meminjam selama ujian.