STUDI POTENSI PEMANFAATAN ENERGI GELOMBANG LAUT SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK DI PERAIRAN PANTAI PULAU SUMATERA BAGIAN UTARA Diajukan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara AHMAD HIMAWAN UMNA 100404062 BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TENIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2016
SURAT PERNYATAAN Saya yang bertanda tangan dibawah ini : Nama : Ahmad Himawan Umna NIM : 10 0404 062 Departemen : Teknik Sipil, FT USU Dengan ini menyatakan bahwa Tugas Akhir saya dengan Judul Studi Potensi Pemanfaatan Energi Gelombang laut Sebagai Pembangkit Listrik Di Perairan Pantai Pulau Sumatera Bagian Utara bebas plagiat. Apabila dikemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam Tugas Akhir saya tersebut, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan perundang-undangan. Demikian pernyataan ini saya perbuat untuk dipergunakan sebagaimana mestinya. Medan, Desember 2016 Penyusun, Ahmad Himawan Umna 10 0404 062
LEMBAR PENGESAHAN STUDI POTENSI PEMANFAATAN ENERGI GELOMBANG LAUT SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK DI PERAIRAN PANTAI PULAU SUMATERA BAGIAN UTARA Disusun Oleh : Ahmad Himawan Umna 100404062 Dosen Pembimbing Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan M.Sc. NIP. 19660417 199303 1 004 Dosen Penguji I Dosen Penguji II Ir. Alferido Malik Ivan Indrawan,S.T.,M.T. NIP. 19530504 198103 1 003 NIP. 19761205 200604 1 001 Disetujui Oleh : Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan NIP. 19561224 198103 1 002 BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
ABSTRAK Indonesia merupakan negara kelautan terbesar di dunia. Luas laut Indonesia mencapai 5,8 juta kilometer persegi atau mendekati 70% dari luas keseluruhan negara Indonesia. Akan tetapi belum ada pemanfaatan potensi energi kelautan secara optimum terutama dalam membangkitkan tenaga listrik. Skripsi ini membahas mengenai studi potensi pemanfaatan daya konversi tenaga gelombang laut dengan menggunakan tiga sistem yaitu oscillating water column (OWC), sistem Pelamis, dan sistem Kanal di Perairan Pantai Pulau Sumatera Bagian Utara. Sistem - sistem ini dipilih karena memiliki banyak keuntungan dibanding sistem lainnya dan sesuai dengan wilayah kelautan dan pantai di Indonesia. Data yang diperoleh dari Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG) pada bulan Juni 2016 bahwa tinggi rata-rata gelombang yang paling tinggi berada di Samudera Hindia bagian Barat sebesar 4 m dan paling rendah berada di Kepulauan Riau dekat selat Malaka sebesar 0,5 m. Untuk mengetahui energi gelombang laut digunakan perhitungan serta analisa data dan kemudian mengetahui daya listrik yang dihasilkan di tiap tiap wilayah yang diamati. Dari hasil perhitungan, daya yang terkecil berada di Perairan Riau sebesar 7.955,11 W dan yang terbesar di Kepulauan Nias-Sibolga dengan sebesar 639.560,11 W. Penerapan sistem oscillating water column di wilayah perairan Riau dapat membantu memberikan kontribusi daya listrik untuk kurang lebih 13 rumah nelayan sederhana pada kondisi pembangkitan minimum dan efisiensi sebesar 12%. Dalam sistem pelamis, daya yang terkecil yang didapat sama dengan sistem kolom osilasi sedangkan daya terbesar berada di Samudera Hindia bagian Barat. Untuk sistem kanal, daya yang dihasilkan belum didapat dikarenakan rumusannya belum tepat. Penerapan pembangkit listrik tenaga gelombang laut di wilayah Pantai Pulau Sumatera Bagian Utara bisa diterapkan namun perlu adanya studi lebih mendalam lagi. Disarankan kepada pemerintah Indonesia agar memberikan fokus penelitian energi terbarukan (renewable energy) yang nantinya akan menggantikan penggunaan bahan bakar minyak dan gas Kata kunci : pembangkit listrik, PLTGL, oscilating water column (OWC), sistem pelamis, sistem kanal, energi gelombang laut, daya listrik, tinggi gelombang
KATA PENGANTAR Penulis panjatkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-nya yang diberikan kepada penulis sehingga penulisan laporan tugas akhir ini yang berjudul STUDI POTENSI PEMANFAATAN ENERGI GELOMBANG LAUT SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK DI PERAIRAN PANTAI PULAU SUMATERA BAGIAN UTARA dapat diselesaikan dengan baik. Tujuan penulisan laporan tugas akhir ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik tingkat sarjana Strata 1 (S-1) di Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil,. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan sumbangannya baik berupa bimbingan, bantuan dan dukungan baik material maupun spiritual sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan, khususnya kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik,. 2. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik,. 3. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc, selaku dosen pembimbing yang telah berkenaan meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk membantu, membimbing, dan mengarahkan penulis hingga selesainya tugas akhir ini.
4. Bapak Ir. Alferido Malik, dan Bapak Ivan Indrawan, ST. MT selaku Dosen Pembanding / Penguji yang telah memberikan masukan dan kritikan yang membangun dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 5. Bapak dan Ibu staf pengajar yang telah membimbing dan mendidik selama masa studi pada jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 6. Orang tua ku tercinta, Ibu Wahyuni dan Ayah Hasdari Helmi Gultom yang telah sabar membesarkan, mendidik, selalu senantiasa memberikan dukungan semangat dan doa kepada penulis. Semoga Allah SWT membalas dengan kebaikan dan kasih sayang yang tiada henti. 7. Untuk perempuanku, Cassia Divina Lierzha Malsya S.Psi yang telah menunggu sangat sangat lama sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini 8. Abang-abang dan kakak-kakak pegawai Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik,. 9. Abang-abang seperjuangan, Bang Tofan, Bang Andi, Bang Maulana, Bang Iyan, Bang Taufiq, Bang Rozi, Bang Posma, Bang Ucok, Bang Datuk dan masih banyak para senior yang tak bisa saya sebutkan satu persatu. 10. Teman-teman seperjuangan di kampus diantaranya Adlin Firmansyah Bangun S.T, Ikhsan Wiratama S.T, Hardi S.T, Luthfi S.T, Taslim S.T, Derry S.T, DedeS.T,Yudha,Titok,Ijep,Rizqan,Irfan,Diki,Syamsul,Maulana,Tria,Hayk al,rendi,nugraha dan yang lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih kepada semuanya yang telah banyak membantu selama ini.
11. Seluruh rekan-rekan yang tidak mungkin penulis tuliskan satu persatu. Semoga Allah SWT membalas dan melimpahkan rahmat dan karunia-nya kepada kita semua, dan atas dukungan yang telah diberikan penulis ucapkan terima kasih. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dan kelemahan dalam penulisan tugas akhir ini, untuk itu penulis dengan tulus dan terbuka menerima kritikan dan saran untuk kesempurnaan tugas akhir ini. Sebagai penutup, penulis berharap semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Medan, Desember 2016 Penulis Ahmad Himawan Umna 10 0404 062
DAFTAR ISI ABSTRAK KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAFTAR NOTASI i ii v vii viii ix BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Perumusan Masalah 2 1.3 Pembatasan Masalah 2 1.4 Tujuan 3 1.5 Manfaat 3 1.6 Sistematika Penulisan 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Gelombang Laut 5 2.1.1 Interaksi Antar Gelombang 5 2.2 Teknik Konversi Energi Gelombang Menjadi Energi Listrik 7 2.3 Sistem Oscillating Water Column 9 2.4 Perhitungan Energi Gelombang Laut 11 2.5 Penentuan Lokasi Pembangkit Listrik Sistem OWC 12 2.6 Komponen komponen Pembangkit Listrik 12 2.7 Sistem Pelamis 15 2.8 Perhitungan Gelombang Laut 18
2.9 Perhitungan Daya Listrik 19 2.10 Sistem Kanal (Tapered Channel) 20 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Membuat Diagram Alir Kegiatan dan Kondisi Lokasi 23 3.2 Kondisi Klimatologi di Lokasi Studi PLTGL 24 3.2.1 Provinsi Aceh 24 3.2.2 Provinsi Sumatera Utara 25 3.2.3 Provinsi Riau 26 3.3 Rancangan Penelitian 27 3.4 Pelaksanaan Penelitian 27 BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hidro - Oseanografi 32 4.2 Panjang dan Kecepatan Gelombang Laut 35 4.3 Analisa Perhitungan Energi Gelombang Laut Sistem OWC 45 4.4 Kontribusi PLTGL Sistem OWC Pada Pemukiman Sederhana 49 4.5 Pelamis Wave Energy 50 4.6 Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut Agucadoura 51 4.7 Analisa Perhitungan Daya Listrik Sistem Pelamis 52 4.8 Kontribusi PLTGL Sistem Pelamis Pada Pemukiman Sederhana 54 4.9 Analisa Perhitungan Daya Listrik Sistem Kanal (Tapered Channel) 56 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 57 5.2 Saran 58 DAFTAR PUSTAKA 59
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Ilustrasi pergerakan partikel zat cair pada gelombang 7 Gambar 2.2 Energi kinetik yang terdapat pada gelombang laut untuk menggerakkan turbin 8 Gambar 2.3 Sistem Oscillating Water Column 10 Gambar 2.4 Turbin (Wells Turbine) 13 Gambar 2.5 Skema Turbin Angin 14 Gambar 2.6 Generator 14 Gambar 2.7 Pelamis Wave Energy Converters dari Ocean Power Delivery. Proyek komersial pertama dengan kapasitas 2,25 MW telah dibangun ditengah laut 4,8 km dari tepi pantai Portugal 16 Gambar 2.7.1 Bagian Internal Pelamis 16 Gambar 2.7.2 Power Module Pelamis 17 Gambar 2.7.3 Universal Joints 17 Gambar 2.10 Sistem Kanal 21 Gambar 3.1 Diagram Alir Kegiatan 23 Gambar 3.2 Peta Administrasi Provinsi Aceh 24 Gambar 3.3 Peta Administrasi Provinsi Sumatera Utara 26 Gambar 3.4 Peta Administrasi Provinsi Riau 27 Gambar 3.5 Prototipe Sistem Oscillating Water Column 30 Gambar 4.1 Lokasi Studi PLTGL 32 Gambar 4.2 Tampilan utama program SPSS v.22 36 Gambar 4.3 Tampilan Variable View program SPSS v.22 37
Gambar 4.4 Tampilan Data View program SPSS v.22 38 Gambar 4.5 Tampilan frequencies program SPSS v.22 38 Gambar 4.6 Tampilan Frequencies Statistics program SPSS v.22 39 Gambar 4.7 Tampilan Output 39 Gambar 4.8 Tampilan Data View program SPSS v.22 40 Gambar 4.9 Tampilan Frequencies program SPSS v.22 41 Gambar 4.10 Tampilan Frequencies Statistics program SPSS v.22 41 Gambar 4.11 Tampilan Output program SPSS v.22 42 Gambar 4.12 Lokasi PLTGL Agucadoura dan 3 perangkat pelamis 53
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Perkiraan tinggi gelombang laut tanggal 08 Juni 2016 33 Tabel 4.2 Perkiraan tinggi gelombang laut tanggal 09 Juni 2016 33 Tabel 4.3 Perkiraan tinggi gelombang laut tanggal 10 Juni 2016 34 Tabel 4.4 Perkiraan tinggi gelombang laut tanggal 11 Juni 2016 34 Tabel 4.5 Perkiraan tinggi gelombang laut tanggal 12 Juni 2016 34 Tabel 4.6 Perkiraan tinggi gelombang laut tanggal 13 Juni 2016 35 Tabel 4.7 Perkiraan tinggi gelombang laut tanggal 14 Juni 2016 35 Tabel 4.8 Hasil perhitungan periode gelombang datang 43 Tabel 4.9 Hasil perhitungan panjang gelombang datang 44 Tabel 4.10 Hasil perhitungan kecepatan gelombang datang 45 Tabel 4.11 Hasil perhitungan potensi energi gelombang laut 46 Tabel 4.12 Hasil perhitungan daya listrik (tanpa efisiensi) yang dapat dihasilkan 47 Tabel 4.13 Hasil perhitungan daya listrik (dengan efisiensi) yang dapat dihasilkan 50 Tabel 4.14 Hasil perhitungan daya listrik (tanpa efisiensi) yang dapat dihasilkan 54 Tabel 4.15 Hasil perhitungan daya listrik (dengan efisiensi) yang dapat dihasilkan 55
DAFTAR NOTASI ɑ = amplitudo E w = energi total satuan periode E p = energi potensial E k = energi kinetik f = frekuensi gelombang ρ = massa jenis atau kerapatan g = percepatan gravitasi g c = faktor konversi H = tinggi gelombang λ = panjang gelombang τ = periode gelombang P = daya listrik k = angka gelombang L = panjang gelombang dengan dua dimensi perubahan, tegak lurus arah rambat gelombang x t = waktu η = efisiensi v = kecepatan gelombang
T = periode gelombang W = lebar chamber