BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Energi memiliki peranan yang cukup besar bagi manusia dalam menjalani proses kehidupan. Kebutuhan energi di Indonesia khususnya dan di dunia pada umumnya terus meningkat karena faktor pertambahan jumlah penduduk, pertumbuhan ekonomi dan pola konsumsi energi itu sendiri yang senantiasa meningkat [1]. Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT) menyatakan bahwa permasalahan sektor energi di Indonesia saat ini dapat dirangkum secara ringkas yaitu cadangan energi fosil yang semakin berkurang dan akses masyarakat terhadap energi yang masih terbatas terutama di daerah tertinggal, terpencil, dan perbatasan. Dari sisi cadangan, produksi minyak yang terus menurun dan kebutuhan bahan bakar minyak (BBM) yang terus meningkat akan menyebabkan impor minyak mentah serta BBM terus meningkat. Dari sisi akses, pengembangan energi untuk daerah tertinggal, terpencil, dan perbatasan lebih diutamakan menggunakan energi terbarukan yang sumbernya tersedia di wilayah tersebut dan dapat terus digunakan secara berkesinambungan. Permasalahan tersebut seharusnya menjadi peluang untuk mengembangkan energi baru terbarukan di Indonesia yang diharapkan mampu menopang ketahanan energi nasional di masa mendatang [2]. Salah satu upaya yang dilakukan oleh Pemerintah adalah dengan mengeluarkan Kebijakan Energi Nasional (KEN) seperti yang tertuang dalam Peraturan Pemerintah No. 79 tahun KEN mengamanatkan prosentase pemanfaatan energi baru terbarukan (EBT) dalam bauran energi nasional minimal 23% pada tahun 2025 dan menjadi 31% pada tahun 2050 [3]. Indonesia memiliki potensi EBT yang cukup melimpah seperti panas bumi, hidro, biomassa, matahari, angin, nuklir hingga gelombang laut. Beberapa kelebihan EBT adalah sumbernya relatif mudah didapat, dapat diperoleh dengan gratis, minim limbah, tidak mempengaruhi suhu bumi secara global, dan tidak terpengaruh oleh kenaikkan harga bahan bakar [1]. 1

2 2 Saat ini, EBT di Indonesia belum mampu dimanfaatkan secara maksimal (lihat Tabel 1.1). Hal ini menunjukkan bahwa pemanfataan EBT itu sendiri juga mengalami beberapa permasalahan, diantaranya adalah harga energi fosil yang rendah dan investasi awal EBT yang tinggi menjadi tantangan EBT untuk masuk dalam persaingan pemanfaatan energi di Indonesia. Namun, beberapa alasan yang mendukung untuk dilakukan percepatan pemanfaatan EBT, antara lain [4]: 1. Cadangan energi fosil sudah semakin menipis. 2. Konsumsi energi final periode mengalami pertumbuhan rata-rata sebesar 3,99% per tahunnya. 3. Penggunaan EBT ialah upaya mitigasi dampak emisi karbon yang menyebabkan pemanasan secara global. 4. Penggunaan EBT sebagai upaya untuk mitigasi resiko kenaikan harga minyak dunia di kemudian hari. 5. Penggunaan EBT adalah upaya sekuriti penyediaan listrik untuk generasi mendatang. Tabel 1.1. Sumber daya dan kapasitas terpasang sumber EBT di Indonesia [2]

3 3 Angin merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang ketersediannya cukup melimpah dan mudah didapatkan. Kecepatan angin di Indonesia secara umum antara 4 5 m/s [5]. Akan tetapi, fluktuasi kecepatan yang cukup besar menyebabkan profil kecepatan akan selalu berubah secara drastis dalam interval waktu yang singkat, sehingga daya keluaran turbin angin yang dihasilkan tidak maksimal. Teknologi yang dapat diterapkan untuk meningkatkan kinerja turbin angin di daerah kecepatan angin rendah adalah dengan menggunakan perangkat tambahan pada turbin angin atau yang dikenal dengan wind turbine augmentation, salah satunya adalah Diffuser Augmented Wind Turbine (DAWT). DAWT merupakan pengembangan dari konsep turbin angin konvensional yang dilengkapi dengan selubung pada rotornya. Konsep DAWT adalah berbentuk seperti kerucut terpancung dengan penampang keluaran lebih besar dari penampang masukan serta dilengkapi dengan sebuah tepian (flange) pada bagian keluaran difuser. Desain geometri DAWT yang akan dibuat dalam penelitian ini adalah selubung berupa dua difuser yang saling terhubung atau bertingkat dengan penambahan lengkungan inlet. Variasi geometri difuser bertingkat yang dilakukan terletak pada sudut kemiringan difuser kedua, panjang difuser pertama, dan panjang difuser kedua. Model geometri yang telah dibuat, kemudian disimulasikan menggunakan perangkat lunak CFD untuk membantu menganalisis desain geometri difuser yang terbaik dengan memodelkan aliran kecepatan angin yang melalui difuser untuk mendapatkan rasio peningkatan kecepatan angin tertinggi. I.2. Perumusan Masalah Pada kurva daya turbin angin terdapat karakteristik yang disebut dengan cutin speed, yaitu kecepatan angin minimum agar turbin dapat mulai beroperasi menghasilkan listrik. Dengan kondisi kecepatan angin di Indonesia yang relatif rendah dan berfluktuasi, maka penerapan turbin angin sebagai pembangkit listrik di Indonesia menjadi tidak efektif dan tidak ekonomis. Oleh karena itu, fungsi dari selubung pada turbin angin adalah untuk memfokuskan aliran angin sehingga

4 4 kecepatan angin meningkat. Pada penelitian ini dirancang suatu model geometri selubung turbin angin berbentuk difuser bertingkat dengan penambahan lengkungan inlet yang dapat diterapkan di daerah kecepatan angin rendah. Adapun rumusan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana desain geometri difuser bertingkat dengan penambahan lengkungan inlet yang terbaik? 2. Berapa rasio peningkatan kecepatan tertinggi (U max /U 0 ) di sepanjang garis tengah difuser bertingkat dengan penambahan lengkungan inlet? 3. Bagaimana distribusi rasio peningkatan kecepatan (U/U 0 ) di sepanjang garis tengah difuser bertingkat dengan penambahan lengkungan inlet? 4. Bagaimana hubungan rasio peningkatan kecepatan (U max /U 0 ) terhadap kecepatan aliran udara bebas (U 0 ) pada difuser bertingkat dengan penambahan lengkungan inlet? Dalam penelitian ini menggunakan batasan masalah, antara lain: 1. Simulasi numerik yang dilakukan pada difuser bertingkat diasumsikan tanpa menggunakan rotor. Hal ini bertujuan untuk mendapatkan posisi dengan rasio peningkatan kecepatan (U max /U 0 ) yang nantinya dapat dijadikan posisi rujukan untuk peletakkan rotor di dalam difuser. 2. Aliran fluida diasumsikan bersifat seragam, inkompresibel dan steady state. 3. Rancangan difuser penelitian menggunakan asumsi 2D axisymmetric, karena pemodelan menggunakan 2D axisymmetric mampu menggambarkan objek 3D melalui simetri putar. 4. Diameter difuser, total panjang difuser, dan tinggi tepian secara berturut-turut adalah 20 cm, 30 cm dan 10 cm. I.3. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan simulasi numerik menggunakan perangkat lunak ANSYS 17.0 Student Version. Simulasi tersebut dilakukan untuk mendapatkan:

5 5 1) Model geometri difuser bertingkat dengan penambahan lengkungan inlet yang terbaik berdasarkan ukuran sudut difuser pertama, sudut difuser kedua, panjang difuser kedua dan panjang difuser kedua yang menghasilkan rasio U max /U 0 tertinggi. 2) Rasio peningkatan kecepatan tertinggi (U max /U 0 ) di sepanjang garis tengah. 3) Distribusi rasio peningkatan kecepatan (U/U 0 ) di sepanjang garis tengah untuk mengetahui posisi U max /U 0. 4) Hubungan rasio peningkatan kecepatan tertinggi (U max /U 0 ) terhadap kecepatan aliran udara bebas (U 0 ). I.4 Manfaat Penelitian Adapun manfaat dari penelitian Analisis Numerik Difuser Bertingkat Turbin Angin dengan Penambahan Lengkungan Inlet adalah: 1. Dapat mengaplikasikan ilmu dan pengetahuan yang diterima selama kuliah. 2. Dapat digunakan sebagai rujukan untuk pengembangan penelitian selanjutnya yang berhubungan dengan selubung difuser pada turbin angin. 3. Dapat meningkatkan kinerja turbin angin di daerah dengan profil kecepatan angin rendah dan fluktuatif.