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

Transkripsi

1 Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 14 No. 1 Juni 2015 : ISSN 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 galuh.cendrawati@gmail.com 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 N dan 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 watt/m 2. 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 N and 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 watt/m 2. Keywords: wind energy potency, serdang bedagai, mean wind speed Diterima : 10 Juni 2014, direvisi : 16 Februari 2015, disetujui terbit : 28 Mei

2 Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 14 No. 1 Juni 2015 : PENDAHULUAN Kebutuhan energi di Indonesia khususnya dan di dunia pada umumnya terus meningkat. Pola peningkatan tersebut dipengaruhi oleh pertambahan penduduk, pertumbuhan ekonomi dan pola 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 masyarakat terhadap energi yang masih rendah 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. 16

3 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 23,7 0 C dan maksimum 32,2 0 C 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 mengalami peningkatan yang tergambar dalam pencapaian Indeks Pembangunan Manusia (IPM) pada tahun 2011 sebesar 73,25 meningkat menjadi 73,64 di tahun Kebutuhan listrik di Kabupaten Serdang Bedagai bersumber dari PLN, Listrik Diesel dan listrik yang dikelola oleh swasta. Kapasitas listrik terpasang tahun 2010 sebesar kw dan kapasitas terpakai sebesar kw. Sumber tenaga pembangkit bersumber dari 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 , pelanggan terbesar adalah rumah tangga dengan jumlah rumah tangga, bila di lihat jumlah rumah tangga yang terdapat di Kabupaten Serdang Bedagai sebesar 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] Dimana n adalah kuantitas data terekam dalam jarak waktu tertentu, ρ adalah densitas udara dan v adalah kecepatan angin rata-rata. Apabila ketinggian alat ukur (anemometer) kecepatan rata-rata angin tidak sama dengan ketinggian desain turbin maka 17

4 Gambar 1. Peta Kabupaten Serdang Bedaga [4] Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 14 No. 1 Juni 2015 :

5 Potensi Energi Angin di Kabupaten Serdang Bedagai, Provinsi Sumatra Utara diperlukan perhitungan ekstrapolasi kecepatan rata-rata angin disesuaikan dengan ketinggian yang diinginkan. Rumus yang digunakan untuk ekstrapolasi data angin yang tersedia sesuai dengan ketinggan turbin adalah Dimana v h adalah kecepatan rata-rata pada ketinggian turbin, v ref adalah kecepatan angin rata-rata pada ketinggian alat ukur anemometer. H h adalah tinggi turbin dan H ref adalah tinggi alat ukur anemometer Untuk potensi daya energi angin dapat di hitung dengan rumus P = ½.r.A.v 3.Ef ukur dimulai dengan survei sesaat. Titik pengukuran ditentukan berdasarkan informasi masyarakat sekitar tentang kualitas angin yang besar dan diskusi dengan Pemkab untuk 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 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 Dimana P adalah daya (W), r adalah kerapatan udara (1.2 kg/m 3 ), A adalah luas sapuan baling -baling (m 2 ), v adalah kecepatan angin (m/s) dan Ef adalah efisiensi total sistem konversi energi angin (maksimum 45%). [2] METODOLOGI Penelitian dilakukan dengan melalui tahapan pengumpulan data sekunder untuk angin, terrain dan lingkungan, pengumpulan data primer profil kecepatan angin diperoleh dari menara ukur kecepatan angin setinggi 50 m dimana anemometer terpasang pada ketinggian 20 meter, 30 meter dan 50 meter, dan vane pada ketinggian 20 meter dan melakukan analisis data dari profil angin hasil pengukuran. [2] Pelaksanaan kegiatan lapangan dalam rangka mencari lokasi pemasangan menara Kabupaten Serdang Bedagai pada koordinat ( N; E) dipilih sebagai lokasi menara ukur kecepatan angin (met mast). Selanjutnya dilakukan pengukuran data kecepatan dan arah angin selama 12 bulan (Nopember 2012-Oktober 2013) dengan waktu sampling rata-rata setiap 10 menit-an. Data terekam selanjutnya akan diolah dengan menggunakan software Nomad Desktop sehingga akan menghasilkan data statistik. 19

6 Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 14 No. 1 Juni 2015 : Gambar 3. Kurva distribusi kecepatan angin pada ketinggian 20m, 30m dan 50m di Desa Sentang (gambar sesuai urutan dari atas ke bawah) 20

7 Potensi Energi Angin di Kabupaten Serdang Bedagai, Provinsi Sumatra Utara Profil statistik dari kecepatan dan arah angin selanjutnya dapat disajikan dalam bentuk 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). PEMBAHASAN DAN ANALISA Dari hasil pengukuran yang dilaksanakan mulai 6 Nopember 2012 hingga 15 Nopember 2013, diperoleh data yang digambarkan dalam bentuk kurva distribusi seperti terlihat Gambar 3. Total 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 frekuensi terjadinya adalah kecepatan rata-rata sebesar 3-4m/s. Untuk di ketinggian alat ukur 20 m kecepatan 3-4 m/s sebanyak 1532,67 jam atau 16,9% periode pengukuran, untuk di ketinggian alat ukur 30 m kecepatan 3 4m/s sebanyak 2963 jam atau 32,7% dari periode pengukuran dan untuk ketinggian alat ukur 50 m kecepatan 3 4 m/s sebanyak 2933,7 jam atau 32,4% dari periode pengukuran. Pola wind rose (gambar 4) memperlihatkan arah angin 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 terjadi antara pukul sampai pukul WIB pada ketinggian alat ukur 20 m. Sedangkan pada ketinggian alat ukur 30 m kecepatan rata-rata harian tertinggi terjadi pada pukul hingga dan untuk alat ukur pada ketinggian 50 m memberikan data bahwa kecepatan rata-rata harian tertinggi terjadi pada pukul hingga 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. Berdasarkan grafik seperti yang terlihat pada Gambar 6 bahwa kecepatan rata-rata angin harian untuk kurun waktu 6 Nopember 2012 hingga 15 Nopember 2013 adalah kecepatan rata-rata angin harian 2,57 m/s; 3,15 m/s dan 3,25 m/s pada ketinggian pada ketinggian 20m, 30m dan 50 m di atas 21

8 Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 14 No. 1 Juni 2015 : 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

9 Potensi Energi Angin di Kabupaten Serdang Bedagai, Provinsi Sumatra Utara Gambar 6. Kecepatan rata-rata angin harian pada ketinggian 20m, 30m dan 50m (gambar sesuai urutan dari atas ke bawah) 23

10 Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 14 No. 1 Juni 2015 : Gambar 7. Hasil simulasi kecepatan angin pada ketinggian 20m, 30 m dan 50m (gambar sesuai urutan dari atas ke bawah) 24

11 Potensi Energi Angin di Kabupaten Serdang Bedagai, Provinsi Sumatra Utara Gambar 8. Contoh hasil simulasi modeling untuk rapat daya ngin pada ketinggian 20 m 25

12 Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 14 No. 1 Juni 2015 : Gambar 9. Grafik Daya Turbin Angin DS-700 (telah berkorespondensi dengan manufaktur produsennya) permukaan tanah. Hal tersebut menunjukkan bahwa kecepatan rata-rata angin di daerah Serdang Bedagai relatif kecil (kurang dari 3,5m/s). Tidak terlihat adanya turbulensi yang signifikan dalam kurun waktu pengukuran. Data hilang (tidak terekam) terjadi selama 7 hari di bulan Juni 2013 akan tetapi pengaruh secara keseluruhan terhadap hasil pengolahan 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. Berdasarkan simulasi modeling yang dilakukan diperoleh nilai kecepatan rata-rata angin untuk masing-masing ketinggian 20m, 30m dan 50m adalah sebesar 2,57 m/s; 3,15 m/ s dan 3,25 m/s dan rapat daya untuk masingmasing ketinggian 20m, 30m dan 50m adalah sebesar 26 watt/m 2, 35 watt/m 2 dan 38 watt/ m 2. 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] 26

13 Potensi Energi Angin di Kabupaten Serdang Bedagai, Provinsi Sumatra Utara Pada kecepatan 3-4 m/s dengan frekuensi 30% untuk jenis turbin angin ini hanya akan menghasilkan daya kurang dari 100 W, belum termasuk rugi-rugi (losses) dan efisiensi turbin angin 20%. Sehingga kurang tepat (tidak feasible) untuk dibangun pembangit listrik tenaga angin. KESIMPULAN DAN SARAN Kecepatan rata-rata angin (nilai tengah 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%). dikembangkan pemanfaatannya sebagai PLT Angin. DAFTAR PUSTAKA [1]. BPPT, Perencanaan Efisiensi dan Elastisitas Energi 2012, ISBN , Edisi Pertama, Nopember 2012, Penerbit BPPT. [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. 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/m 2, 35 watt/m 2 dan 38 watt/m 2 untuk ketinggian 20m, 30m dan 50 m. [5]. World Wind Energy Association, en/2_4_1.htm. Di akses pada 21 Mei [6]. Direktorat Jenderal Ketenagalistrikan Kementrian ESDM, 2013, Statistik Ketenagalistrikan 2013, Penerbit Ditjen Ketenagalistrikan. [7]. ds700w.htm diakses pada 21 Mei Penggunaan mesin turbin angin kapasitas 700 W akan menghasilkan daya sebesar kurang dari 100 W. Potensi energi angin di wilayah Kecamatan Teluk Mengkudu, Kabupaten Serdang Bedagai, Provinsi Sumatera Utara tidak disarankan untuk 27

14 HALAMAN INI SENGAJA DIKOSONGKAN