BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI. Angga Febrika M.P (2017) penelitiannnya yang berjudul Studi potensi

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka Angga Febrika M.P (2017) penelitiannnya yang berjudul Studi potensi energi gelombang laut sebagai pembangkit tenaga listrik di wilayah perairan kab. Kebumen memamparkan bahwa Potensi daya listrik pada kondisi gelombang signifikan rata-rata minimum tahunan dari tahun (per meter panjang garis pantai) yang mampu dibangkitkan gelombang laut di Perairan Selatan Kabupaten Kebumen adalah : untuk daya minimum sebesar 867 Watt (pada tahun 2016), sementara daya terbesar adalah sebesar 1248 Watt (pada tahun 2008 dan 2013). Menurut Alfan Rizal Ubaidillah et al. (2014) dalam skirpsinya yang berjudul Studi Potensi Pembangkit Listrik Ombak Tipe Oscillating Water Column Di Perairan Pulau Sempu Kabupaten Malang, berdasarkan dari perhitungan dan analasis yang dilakukan ini diketahui bahwa PLTO tipe OWC di Pulau Sempu mempunyai potensi daya listrik maksimum yang dapat dibangkitkan adalah sebesar 4009,68kW dan daya minimum sebesar 1989,56kW dengan lebar kolom kolektor 8 meter. Menurut Toni Ragil Saputro (2014) dalam skripsinya yang berjudul Studi Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut Menggunakan Sistem Oscillating Water Column Di Daerah Puger Jember, menerangkan bahwa pada saat kondisi pasang dan surut air laut dan daerah pembentukan gelombang (fetch) 6

2 7 yang dapat dihitung potensi daya listriknya, adapun jika diterapkan di daerah Puger diperoleh daya listrik yang terkecil dapat dihasilkan sebesar 16561,021 Watt, sedangkan daya listrik yang terbesar dapat dihasilkan sebesar ,434 Watt. Dengan potensi daya listrik rata-rata perhari yaitu ,176 Watt,rumah nelayan dan rumah-rumah disekitar pantai dapat disuplay oleh daya listrik tersebut. Menurut Siti Rahma Utami UI (2010) dalam penelitian yang dilakukannya tentang Studi Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut Dengan Menggunakan Sistem Oscillating Water Column Di Tiga Puluh Wilayah Kelautan Indonesia, menjelaskan bahhwa perairan pantai indonesia memiliki potensi untuk digunakan sebagai penerapan PLTO dengan sistem OWC yaitu dari perairan selatan jawa timur, laut arafuru, perairan selatan jawa tengah, hingga perairan pantai jawa barat, dan perairan selatan banten memiliki sebesar watt. 2.2 Gelombang Laut Pembagian dari gelombang laut dapat dibagi menjadi beberapa jenis tergantung dari daya yang menyebabkannya terbentuk, yaitu dapat disebabkan oleh gempa bumi yang berupa teknonik maupun vulkanik yang terjadi di dalam dasar laut ( gelombang tsunami), disebabkan oleh tarikan daya yang dihasilkan oleh interaksi bumi, bulan dan matahari (gelombang pasang surut), oleh angin, dan serta mampu disebabkan oleh karena adanya gerakan yang terjadi karena kapal.

3 8 Perhatikan gerak dari sebuah pelampung dibawah ini : Gambar 2.1 Pergerakan partikel zat cair di lautan Sumber : Dari gambar diatas dapat ketahui bawah pertiket dari air laut akan bergerak sesuai dengan arah dari pelampung baik terhadap naik dan turunnya pada suatu tempat yang akan membuat gerakan orbital dibawah laut, gerakan ini terjadi kerana dibawah permukaan laut memiliki kedalaman yang semakin bertambah membuat gerakan yang semakin kecil. Orbital ini memiliki fungsi sebagai energi terbentuknya dari gelombang laut. Energi orbital terjadi akan semakin mengecil juga dengan semakin dekatnya dengan tepian pantai. 2.3 Potensi Pengkonversian Energi Gelombang Laut Menjadi Energi Listrik Dari berbagai studi penelitian yang telah banyak dilakukan diberbagai negara yang salah satunya adalah Selandia Baru, dimana di pantai selandia baru tersebut dapat diketahui bahwa ketinggian ombak rata-rata dan periode yang diperoleh adalah sebesar 1 meter dengan periode 9 detik yang dapat membangkitkan listrik sebesar 4,3 kw per meter panjang dari ombak, sedangkan untuk rata-rata ombak dengan ketinggian 2-3 meter dapat membangkitkan daya

4 9 listrik sebesar 29kW. Ketinggian ombak 100 meter dengan periode 12 detik mampu menghasilkan daya listrik sebesar 600 kw pada per meter panjang ombak. Hal ini menandakan bawha tinggi rata-rata gelombang dan periode gelombang sebanding dengan lurus dengan kemampuan dari menghasilkan daya listrik yang dimana semakin tinggi rata-rata ombak dan periodenya maka daya listrik yang dihasilkan juga akan semakin besar. Sedangkan di Indonesia, dengan menggunakan data tinggi ombak yang diteliti oleh BPPT menyatakan bahwa wilayah Indonesia memiliki banyak ombak dengan ketinggian rata-rata diatas 2 meter dimana bisa dimanfaatkan sebagai dasar dalam melakukan pembangunan pembangkit listrik tenaga gelombang laut dengan memanfaatkan energi gelombang laut yang ada. Dari hasil yang telah dilakukan oleh BPPT kita dapat mengetahui bahwa potensi energi gelombang laut di selatan pulau jawa sekitar 19 kw/m panjang dari gelombang. Berarti bahwa untuk panjang dari pantai 1 meter pantai memiliki potensi energi listrik sebasar 19kW. Apabila ditinjau untuk panjang 1 km (1000m), maka potensinya menjadi 19 x 1000 = 19Mw (Mega Watt) dan seterusnya. Energi gelombang ini akan selalu ada disetiap saat dan gratis, sehingga sangat layak untuk dieksplotasi sebagai sumber energi alternatif terbarukan. Menurut dari referensi potensi energi gelombang minimal yang dapat dimanfaatkan secara ekonomis adalah sebesar 15 Kw/m panjang gelombang. Hal ini berarti bahwa untuk di daerah indonesia yang dapat di eksploitasi meliputi pantai barat sumatra (15 Kw/m panjang gelombang), pantai selatan pulau Jawa (19 Kw/m Panjang gelobang), Selatan Bali dan NTB (18 Kw/m panjang gelomban), dan

5 10 sebagian daerah selatan Papua (15 Kw/m panjang gelombang). 2.4 Sistem Konversi Energi Gelombang Menjadi Energi Listrik Terdapat tiga cara yang untuk membangkitkan energi listrik dengan memanfaatkan tenaga ombak yaitu : a. Energi Gelombang Energi kinetik yang dihasilkan dari gelombang laut ini akan menyebabkan ombak akan terdorong menuju kolom osilasi yang mana kolom tersebut akan menghantam dinding chamber dan menghasilkan energi potensial yang mana membuat air akan bergerak naik dan turun. Energi gelombang tersebut berguna sebagai pembangkitan listrik yang mana air laut yang bergerak naik dan turun tersebut akan menghasilkan tekanan udara yang mana menyebabkan turbin dapat berputar sehingga membuat generator dapat bekerja menghasilkan listrik. Gambar 2.2 Energi gelombang (kinetik dan potensial) sebagai penggerak turbin. Sumber : b. Pasang Surut Air Laut

6 11 Salah satu bentuk dari pemanfaatan lain dari pembangkitan energi gelombang laut adalah dengan memanfaatkan energi dari pasang surut air laut, dimana pasang surut air laut ini berkerja optimal dengan menggunakan kurang lebih 16 kaki Antara gelombang pasang dan surut. Pada saat air laut menggalami pasang artinya akan ditampung pada sebuah reservoir sedangkan pada saat menggalami surut maka air yang berada dalam belakang reservoir akan dialirkan seperti pada sistem pembangkit PLTA secara umunnya, dimana air yang akan digunakan sebagai pengerak dari turbin generator sehingga generator dapat berkerja untuk menghasilkan energi listrik. Namun pada sistem ini menggunakan gelombang pasang yang relative besar agar menghasilkan pembangkitan maksimal. Sistem pembangkit dengan sistem ini digunakan dan beroperasi di Perancis dimana saat ini mampu menghasilkan listrik untuk digunakan rumah penduduk. c. Penggunaan Temperatur Air Laut Yang Berbeda Dalam Pembangkitan Listrik (Ocean Thermal Energy) Pada sistem pemanfaatan lainnya digunakan perbedaan suhu air laut untuk membangkitkan energi listrik, yaitu dengan menggunakan suhu permukaan air laut yang panas disebabkan oleh sinar matahari yang memanasi lautan serta bawah permukaan air laut yang akan menghasilkan suhu yang lebih dingin. Adapun perbedaan suhu untuk pembangkit listrik adalah sekitar 3,33 atau sekitar 38 dibandingkan dengan suhu dibawah permukaan air laut. Sistem perbedaan suhu air laut dalam pembangkitan energi listrik ini dinamakan dengan OTEC atau Ocean Thermal Energy Conversion. Sistem ini telah

7 12 banyak digunakan oleh Negara-negara maju seperti Jepang, dengan melakukan banyak percobaan proyek pembangkit yang telah dilakukan. 2.5 Pergerakan Gelombang Indikator yang digunakan sebagai perhitungan gelombang laut terhadap gravitasi dan mempunyai permukaan yang bebas adalah sebagai berikut : a λ 2a : amplitudo (m) : panjang gelombang (m) : tinggi (dari puncak ke lembah) f : frekuensi (s -1 ) τ : periode (s) yang mana panjang gelombang dan periode saling berhubungan yang bisa dirumuskan oleh nilai yaitu, λ = 5.12 τ 2 (dimana λ dalam m, dan τ dalam s) (2.1) Gambar 2.3 Menggambarkan hubungan antara gelombang 2 dimensi (atas), amplitudo pada waktu 0 (tengah) dan waktu (θ) bawah. Sumber :

8 13 Pada gambar 2.3 adalah gambaran dari gelombang yang memiliki sifat progresif yang mana memiliki 2 dimensi dimana pada saat waktu sama dengan 0 dan pada saat waktu sama dengan θ mewakili sebuah gelombang harmonic sederhana, maka dengan ini dapat membentuk sebuah persamaan gelombang sebagai berikut yaitu : y = a sin ( 2π x 2π ) (2.2) λ τ atau y = a sin m (mx n θ) (2.3) dimana y = tinggi rata-rata [m] θ = waktu [s] m = 2 π/λ [m -1 ] (mx n θ) = 2 π(x/λ θ/ τ) = sudut fasa 2.6 Energi Gelombang dan Daya Gelombang Energi total dari gelombang laut adalah energi potensial serta energi kinetic dimana Etotal = EP + EK a. Energi potensial Energi ini timbul diakibatkan oleh kenaikan dari air yang terjadi diatas level rata-rata (y =0). Yang pada sebuah penurunan volume y dx, maka akan diketahui bawhwa tinggi rata-rata y/2. Rumus dari energi potensialnya adalah sebagai berikut : dpe = m yg 2g c = (ρy d x L) yg 2g c

9 14 = ρl 2 y2 dx g g c (2.4) dimana nilai m = massa cairan dalam y dx [Kg] g = percepatan gravitasi [m/s 2 ] g c = faktor konversi, 1.0 kg.m/(n.s 2 ) ρ = kerapatan air [kg/m 3 ] L = perubahan lebar gelombang dua dimensi, tegak lurus dengan arah gelombang x, dengan satuan m. Dengan disubsitusikan persamaan 2.4 dan 2.3 sehingga hasil integralnya akan memberikan nilai energi potensial (PE) dalam J : PE = ρla2 2 λ g sin 2 (mx n g c 0 θ)d x = ρla2 2m g g c ( 1 2 mx 1 4 sin 2mx) 0 λ = ρla2 2m g [ mλ g c 2 ] = 1 4 ρa2 λl g g c (2.5) Kerapatan energi potensial yang terjadi pada per unit area adalah PE/A, dimana A = λl, dengan satuan J/m 2 ini diberikan oleh persamaan :

10 15 PE A = 1 4 ρa2 g g c (2.6) b. Energi Kinetik Adapun sesuai pada teori dinamika hidro, KE = 1 4 iρl g g c ω d π (2.7) Dimana ω adalah sebuah bilangan potensial kompleks dengan rumus sebagai berikut : ω = ac sin(mh) cos (mz nθ) (2.8) sedangkan z adalah besaran jarak yang terjadi pada sebuah titik referensi yang terjadi secara berubah-ubah. Integral pada persamaan 2.7 ini pada luas penampang dibatasi diantara dua bidang vertikal, sehingga mampu menghasilkan persamaan : KE = 1 4 ρa2 λl g (2.9) g c dengan kerapatan energi kinetiknya adalah sebagai berikut : KE A = 1 4 ρa2 g g c (2.10) c. Total Energi Daya dapat diketahui bahwa energi kinetic dan potensial dari sebuah gelombang sinisoidal ialah merupakan sesuatu yang identic, oleh karena itu energi total merupakan setengah dari energi kinetik dan energi potensial. Adapun kerapatan energi total ini adalah sebagai berikut : E A = 1 2 ρa2 g g c (2.11) daya (P), energi per unit waktu yang dilakukan oleh ombak/gelombang laut

11 16 dengan frekuensi waktu energy, maka dengan demikian kerapatan daya, W/m 2 ini dapat dirumuskan menggunakan persamaan sebagai berikut : P A = 1 2 ρa2 f g g c (2.12) 2.7 Metode Pemanfaatan Gelombang Laut Sebagai Penghasil Energi Listrik Ada berbagai macam cara ataupun metode yang bisa digunakan sebagai pemanfaatan ombak/gelombang laut sebagai penghasil dari enregi listrik, diantaranya adalah sebagai berikut ini : Permanent Magnet Linear Buoy Sistem pembangkitan model ini pada dasarnya mengunakan prinsip dalam pembangkitan energi listriknya dengan memanfaatkan gelombang yang berada pada permukaan air laut yaitu dengan mengapungkan sebuah benda di permukaan laut tersebut. Dengan memanfaatkan gelombang laut yang selalu membentuk gerakan naik turun secara harmonis maka akan diubah menjadi gerakan harmonis listrik. Adapun penelitian sistem ini telah dipublikasikan oleh penelitian unversitas Oregon. Peletakan sistem pembangkit ini memiliki bentuk yang silindris yaitu dengan diapungkannya di permukaan laut yang mana posisinya berada pada setengah mengapung yaitu diapungkannya dipermukaan laut sedangkan setengahnya lagi ditenggelamkan di dalam air laut, sementara bagian dari dalam alat ini memiliki penghasil energi listrik yaitu berupa kumparan batang magnet. Cara kerja dari site mini adalah membuat koil dapat bergerak dan ditempelkan pada pelampung yang kemudian dikaitkan kedalam dasar laut, yaitu saat gelombang laut menuju kearah

12 17 pelampung maka akan menghasilkan gerakkan pada pelampung tersebut naik dan turun secara relative terhadap kumparan batang magnet (koil) didalam buoy, kemudian menimbulkan beda potensial dan akhirnya listrik dapat dihasilkan dari bentuknya silindris, memiliki perangkat penghasil energi listrik dibagian dalamnya. Buoy ini akan diapungkan dipermukaan laut dengan posisi sebagaian tenggelam serta bagian lainnya akan tetap mengapung. Sistem macam ini cocok apabila di letakkan pada kondisi ombak yang memiliki kekuatan yang lumayan kuat untuk mengayunkan pelampung yang terhubung dengan koil dengan kriteria dari peletakkan dari pelampung ini adalah 1-2 mil dari tepian pantai, karena dengan semakin besarnya gelombang laut yang mengayunkan koil ini maka semakin besar energi listrik yang dihasilkan. Sistem ini telah diteliti oleh penelitian universitas Oregon, dan mampu menghasilkan energi listrik sebesar 250kW. Gambar 2.4 Skema Pemasangan Pelampung yang dikaitkan dengan Sistem BuoySumber :

13 Sistem Pelamis Sistem ini hampir sama seperti sistem buoy dengan pengembangnya yang telah dilakukan oleh oleh Ocean Power Delivery yang berada di Portugal dimana pembangkit ini diletakkan di tengah laut kurang lebih 4,8 km dari tepian pantai dengan menggunakan cara mengapungkan diatas permukaan air laut namun yang membedakannya adalah sistemnya menggunakan gerakan yang timbul dari dorongan piston akibat dari ombak yang datang pada tabung silinder yang bergerak secara vertical, dorongan selanjutnya akan menggerakkan sebuah motor untuk menggerakkan motor generator listrik yang didahului oleh pemompaan cairan hidrolik yang ditekan oleh sebuah motor dari hasil dari dorongan piston pada tiap sambungan tersebut, sistem ini menhasilkan listrik yang telah tercapai adalah sebesar 2,25 Mw. setiap tabung silinder ini mempunyai panjang sekitar 122 meter yang terbagi menjadi empat bagian dimana tiap bagian dikaitkan ke dalam dasar laut untuk ditahan dengan menggunakan jangkar agar tidak terbawa arus. Gambar 2.5 Skema Sistem Pelamis di Portugal Sumber :

14 Sistem BioStream Tidal Energy Sistem biostream ini telah dikembangkan oleh Bio Power System ini sebuah sistem yang unik yang mana energi ini adalah konversi dari energi pasang surut air laut menjadi energi listrik, sistem ini mempunyai konsep berdasarkan sifat spesies laut untuk dapat mengoptimalkan efisiensinya dalam pembangkit energi listrik. Sistem ini menyerupai sirip dari ikan hiu yang bergerak secara harmonis sesuai dari dorongan energi gelombang laut. Utnuk bisa mengetahui prinsip kerjanya dapat dilihat pada gambar dibawah ini : Gambar 2.6 Skema Sistem BioStream Sumber : Sirip BioStream ini secara natural akan mengikuti dari perpindahan arah gerakan dari pasang surut air laut, dimana gerakannya diatur oleh onboard computer yang mengatur gerakan sisi ke sisi dari struktur sirip tersebut. Kemudian sepasang silinder hidrolik yang terdapat pada bagian dalam dari sistem ini mentransfer cairan bertekanan tinggi ke O-Drive, dimana energi dari tekanan tinggi tersebut akan dikonversi menjadi energi listrik.

15 20 Gambar 2.7 Skema Alat BioStream Tidal Energy Sumber : Sistem ini menggunakan bahan ringan yang memiliki kekuatan yang tinggi terhadap korusi untuk konstruksinya dan sistem ini masih pada proses penyempurnaan dalam pengembangan kapasitas yang bervariasi antara lain 250kW, serta 1000kW diberbagai kondisi lokasi Sistem Kolom Air Berosilasi (OWC) Prinsip kerja dari OWC (Oscillating Water Column) adalah untuk mengkonversikan energi gelombang laut dengan memanfaatkan tenaga gelombang laut yang masuk ke dalam suatu kolom, sehingga air yang ada dalam kolom tersebut akan berosilasi /berfluktuasi menekan udara diatasanya dan bergerak naik turun, sehingga tekanan udara tersebut membuat turbin yang terpasang pada kolom akan berputar. Turbin yang berputar itu dihubungkan ke generator yang akan menghasilkan listrik, jenis turbin yang digunakan adalah Wells turbine dan berputar ke arah yang sama, baik pada saat udara luar masuk ke dalam chamber (saat fluktuasi air di dalam chamber turun ke bawah) maupun pada saat udara dari bawah ke atas ( waktu dari fluktuasi air di dalam chamber OWC naik ke atas).

16 21 Gambar 2.8 Mekanisme konversi gelombang laut dengan sistem owc Sumber : Indikator Penempatan Lokasi yang Baik Pada PLTO Sistem OWC Pada saat menentukan lokasi PLTO sistem OWC ini ada beberpa hal yang harus diperhatikan, baik kriteria dari gelombangnya ataupun topografi dari lokasinya diantaranya adalah : 1. Tinggi Ombak/Gelombang Laut Tinggi ombak/gelombang laut juga dapat dimanfaatkan dalam sistem ini ialah ombak yang selalu terbentuk sepanjang tahun dan memiliki tinggi diantara 1-2 m. Ombak laut yang sesuai dengan tinggi ombak tersebut adalah gelombang Swell, gelombang ini memiliki energi yang besar. 2. Arah Datang Gelombang Konektor/mulut kolom pipa harus dipasang sesuai dengan arah datangnya ombak, jika salah dalam memasangnya maka energi ombak laut yang masuk akan berkurang dikarenakan banyaknya energi yang hilang. 3. Syarat Gelombang Baik

17 22 Ialah ketika gelombang laut tidak pecah akibat dari pendangkalan, ketika gelombang laut ini terpecah maka akan ada energi yang terbuang dikarenakan massa air akan mengandung gelembung udara yang memiliki pengaruh yang besar kepada kerapatan massa. 4. Keadaan Topografi Lautan Optimasi dari pembangkit dengan sistem OWC ini tergantung dari topografi kelautannya. Jika kondisi dasar lautan ataupun permukaannya masih kurang untuk memenuhi persyaratan maka akan dilakukkan penambalan atau pengerukan Mekanisme Komponen Sistem OWC Secara umum komponen dari sistem owc adalah sebagai berikut : 1. Chamber dengan lubang di depannya Chamber atau kolom air berfungsi sebagai pintu masuk gelombang laut yang datang, yang mana untuk ukuran dari chamber ini berpengaruh terhadap hasil keluaran energi listrik yang dihasilkan. Penentuan lebar dari chamber ini harus sesuai dengan rencana pemodelan, pemodelan yang telah digunakan adalah dalam prototype pembangkit sistem owc yang berada di pantai baron adalah sebesar 2,4 m yang mana mampu menghasilkan efisiensi pembangkit sebesar 11%. Ukuran dari chamber ini berpengaruh terhadap listrik yang dihasilkan, semakin besar lebar chambernya maka listrik yang dihasilkan dikarenakan ombak yang masuk ke dalam chamber semakin banyak.

18 23 2. Duct Ialah bangunan yang dibuat diatas chamber dimana berisi dari turbin generator, bangunan tersebut berfungsi sebagai rumah dari turbin generator untuk melindungi turbin generator dari luar. Di sinilah energi potensial gelombang laut yang naik turun disebabkan oleh energi mekanik yang didorong oleh energi tersebut yang menyebabkan udara bertekanan tinggi akan memutarkan turbin diatasnya sehingga membuat generator dapat berkerja untuk menghasilkan listrik. 3. Turbin/Baling-Baling Turbin yang digunakan dalam sistem OWC ini berbeda dengan turbin konvensional, terutama dalam dua hal yaitu : a. Turbin konvensional berbutar dengan menggunakan udara yang mengalir dari arah yang sama sepanjang waktu, sedangkan turbin dalam OWC dituntut berputar satu arah saja didalam aliran udara dua arah. b. Turbin konvensional biasanya beroperasi steady-flow environment dengan menggunakan kecepatan tertentu sedangkan pada sistem OWC aliran udara yang digunakan sebagai sumber energi untuk mengerakkan turbin tidak dapat dipastikan kecepatan, arahnya dan bahkan jeda waktu Antara keberadaannya (tergantung dari tinggi dan periode gelombang laut). Sehingga turbin yang sering digunakan untuk konversi energi gelombang dengan mengunakan sistem OWC ini ialah turbin wells dikarenakan memiliki konfigurasi sederhana, berputar dalam arah yang sama bagaimanapun arah dari aliran udara, serta memiliki harga yang relatif murah. Turbin wells juga memiliki beberapa sudut dengan profil airfoil yang simetris dan dapat dipasang lurus pada

19 24 hub atau pusat tanpa membentuk sudut. Dengan demikian, turbin tersebut akan selalu berputar searah didalam aliran udara dua arah. arah angin arah putar Gambar 2.9 Skema turbin wells Sumber: 4. Generator Pada konversi energi mekanik dari tekanan udara yang dibuat oleh adanya gerakan ombak yang naik dan turun didalam chamber yang membuat turbin berputar, generator yang digunakan terhubung dengan turbin, pada saat turbin berputar maka generator dapat berkerja sehingga menghasilkan energi listrik. Secara garis besar generator terdiri atas stator dan rotor. Gambar 2.10 Generator listrik Sumber :

20 25 Daya listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga gelombang laut dengan menggunakan sistem oscillating water column (owc) ini dapat menggunakan persamaan dibawah ini : Perhitungan energi gelombang dalam satu periode, PE = 1 4 ρa2 λl g g c (2.5) KE = 1 4 a2 λl g g c (2.9) Maka energi total satu periode (Ew) adalah Ew = PE + KE (3.1) Ew = 1 4 ρa2 λl g g c ρa2 λl g g c (3.2) Ew = 1 2 ρa2 g g c (3.3) Dengan kerapatan per m 2 : Ew = 1 2 ρa2 g g c (3.4) Daya yang dapat dihasilkan : P = EW T (3.5) Sedangkan untuk mengetahui daya yang dihasilkan dalam energi gelombang laut ini dapat dihitung menggunakan persamaan dari Hulls sebagai berikut ini : P = ρ. g. T. H2 64. π

21 26 Keterangan : P = daya gelombang laut (Watt/m) ρ = massa jenis air laut (Kg/m 3 ) g = gravitasi bumi (m/s 2 ) T = periode gelombang laut (m/s 2 ) H = tinggi gelombang laut rata-rata (m) Sistem Kanal Sistem ini memiliki prinsip dimana air laut yang akan ditampung didalam reservoir dengan menggunakan pasang surut air laut, dengan menggunakan pengairan air sesuai pada cara kerja pada PLTA, dimana air akan dialirkan ke saluran agar membuat turbin berputar sehingga generator dapat menghasilkan energi listrik. Gambar 2.11 Skema Sistem Tapered Channel Sumber :

22 Sistem Pelampung Sistem pelampung memiliki prinsip kerja hampir sama dengan menggunakan sistem pelamis yang mana memanfaatkan gerakan vertical dari pelampung untuk menggerakkan pompa hidrolik. Pada sistem ini dikaitkan pada sebuah rakit yang diapungkan dan ditambatkan ke dalam dasar laut. Gambar 2.12 Skema pembangkitan saat ombak masuk Gambar 2.12 Skema air laut yang keluar menggerakkan turbin Sumber: Sumber:

23 Ocean Thermal Enegry Pada sistem ini memiliki prinsip dengan memanfaatkan perbedaan temperature yang terjadi di permukaan laut dengan di dasar laut. Suhu panas yang terjadi dipermukaan laut diperolah dari sinar matahari yang membuat perbedaan yang terjadi suhu diatas permukaan dengan yang berada dibawah permukaan laut. Perbedaan suhu yang diperlukan pada sistem ini adalah kurang lebih 38 atau sekitar 3,33, yaitu Antara permukaan laut dengan dibawah permukaan laut. Cara penggunaan sistem ini dinamakan dengan Ocean Thermal Energy (OTEC). Sistem OTEC memiliki dua macam siklus yaitu sebagai berikut : a. Siklus Tertutup Siklus ini adalah menggunakan fluida dengan titik didih yang rendah dalam memutar turbin untuk menghasilkan energi listrik. Prinsip kerja dari siklus ini adalah air yang hangat dipompa kedalam penukaran panas terjadi dimana fluida yang bertitik didih rendah ini dididihkan lagi. Selanjutnya fluida akan mengalami perubahan menjadi wujud uap yang memiliki tekanan tinggi, uap ini akan menghasilkan listrik dimana aliran untuk menggerakan turbin. Kemudian uap ini akan didinginkan kembali dengan menggunakan air yang dingin dari air laut dan mengulangi siklusnya kembali. Gambar 2.14 OTEC Siklus Tertutup Sumber :

24 29 b. Siklus Terbuka Siklus ini yang digunakan sebagai pembangkit energi listrik adalah air laut. Air laut akan dimasukkan kedalam sebuah tangki yang memiliki tekanan rendah sehingga menghasilkan uap. Uap yang dihasilkan tersebut akan digunakan dalam menghasilkan energi listrik, yang mana uap tersebut akan digunakan sebagai pemutar turbin. Hasil dari uap air laut ini menghasilkan mineral laut seperti garam dan lainnya, sehingga dapat dimanfaatkan sebagai air tawar yang digunakan sebagai minum ataupun untuk irigasi. Uap dari hasil sistem ini akan dikondesasikan sehingga dapat dialirkan ke laut kembali dan siklus akan terus berjalan. Gambar 2.14 OTEC Siklus Terbuka Sumber : Study Beban Listrik Perhitungan dari beban listrik sangat diperlukan untuk mengetahui pendekatan beban yang harus ditopang oleh system pembangkit. Metode yang digunakan pada pengumpulan data beban listrik di daerah pantai kab. Kebumen adalah dengan metode sampling. Sampling yang dilakukan adalah dengan memilih

25 30 secara acak rumah warga di deareah pantai. Lalu wawancara dengan pemilik rumah mengenai peralatan elektronik dan kosumsi pemakaian listrik tiap harinya. Pemakain listrik per jam dapat dihitung dengan menggunakan rumus: W = p x t/1000 Dimana: W P t = Energi yang terpakai (kwh) = Daya listrik yang digunakan (watt) = Waktu penggunaan (h) 2.9 HOMER ENERGY Homer adalah singkatan dari the hybrid optimisation model for electric renewables, adalah sebuah perangkat lunak yang digunakan sebagai pemodelan dari sebuah sistem tenaga listrik dengan mempunyai berbagai pilihan energi terbarukan dan salah satu tool populer untuk mendesain sistem PLTGL ( Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut) merupakan energi terbarukan. Homer dapat mensimulasikan dan mengoptimalkan sebuah sistem pembangkit listrik baik menggunakan mikrohidro, fuel cell, baterai, penyimpanan hydrogen, stand-alone, biomassa, generator (diesel/bensin), dan microturbine. Melayani termal ataupun beban listrik, pada homer dapat mengetahui spesifikasi yang paling optimal dari sumber energi yang mau diterapkan.

26 Tutorial HOMER Perancangan menggunakan homer dapat membuat sistem pembangkit dengan menggunakan berbagai jenis sumber energi, baik dari sumber energi terbarukan maupun yang konversional. Pada proses dari simulasi menggunakan HOMER dpat dilakukan untuk menghasilkan karakteristik maupun performasi dari sistem pembangkit tersebut. Tampilan dari HOMER bisa dilihat dibawah ini Gambar 2.16 Tampilan utama HOMER Setalah kita membuka aplikasi dari Homer, maka yang pertama kali dilakukan adalah menambahkan atau memasukkan device pada sistem tenaga gelombang laut yang akan dibuat. Disini yang harus ditambahkan adalah jenis beban yang akan ditopang dari sistem yang dibuat. Homer memberikan pilihan berbagai jenis beban sesuai dari kebutuhan pengguna. Begitu pula dengan pilihan komponen yang akan dibuat. Komponen pembangkit energy yang disediakan HOMER yaitu : PV, Wind Turbine, hydro, converter, electrolyzer, hydrogen tank, reformer, generator, dan System battery.

27 32 Gambar 2.17 Pemilihan tipe beban dan komponen pembangkit Setelah memilih tipe beban dan komponen pembangkit, maka ayang yang selanjutnya adalah memasukkan data beban tiap jamnya. Di Homer ada pilihan beban yang dapat kita buat yaitu tipe AC dan DC. Selanjutnya simulasi dari variasi beban tiap waktunya dapat kita simulasikan dengan memasukkan random variability Konfigurasi HOMER Pada menggunakan simuasi HOMER kita harus menentukan konfigurasi sistem yang akan digunakan, kemudian akan diperlihatkan NPC (Net Present Cost) atau juga disebut dengan life cycle cost. Jika kita memerlukan analisis yang sensitivitas, perangkat HOMER akan mengulangi proses simulasi untuk setiap variable sensitivitas yang digunakan.

28 Gambar 2.18 Bagian Utama Arsitektur HOMER 33