Penerapan Teknologi Sel Surya dan Turbin Angin Untuk Meningkatkan Efisiensi Energi Listrik di Galangan Kapal MIZZA FAHRIZA RAHMAN 4107100082 DOSEN PEMBIMBING Ir. TRIWILASWANDIO WP., M.Sc. 19610914 198701 1 001
LATAR BELAKANG Kebutuhan energi listrik yang tidak tergantikan Eksploitasi bbm dan batubara Tarif dasar listrik selalu naik Keterseediaan sumber energi yang potensial matahari dan angin
PERUMUSAN MASALAH Bagaimana kebutuhan energi listrik galangan kapal. Bagaimana potensi energi listrik pada cahaya matahari dan angin. Bagaimana aplikasi teknologi sel surya dan turbin angin. Bagaimana pengaruh aplikasi teknologi sel surya dan turbin angin pada efisiensi energi listrik
BATASAN MASALAH Data kebutuhan energi listrik di galangan kapal selama satu tahun Data karakteristik angin dan cahaya matahari selama satu tahundiambil dari BMKG Surabaya. Data sel surya dan turbin angin didapatkan dari katalog-katalog yang tersedia di internet.
TUJUAN Mendapatkan pola konsumsi energi listrik di galangan kapal. Mendapatkan pola kecepatan angin dan radiasi matahari. Mendapatkan konnfigurasi turbin angin dan sel surya. Mendapatkan besar penghematan yang dihasilkan sistem turbin angin dan sel surya.
HIPOTESIS Hipotesis untuk tugas akhir ini adalah bahwa dengan menerapkan teknologi sel surya dan turbin angin dapat meningkatkan efisiensi penggunaan energi listrik pada galangan kapal.
Distribusi kecepatan angin Distribusi Rayleigh
Ekstrapolasi kecepatan angin Hellmann exponential Law
Koefisien friksi
Turbin angin Sumber Energi Angin adalah udara yang bergerak. Udara memiliki kepadatan udara sehingga udara memiliki massa. Dua komponen ini yaitu kecepatan dan massa dapat menimbulkan energi kinetik. Dari energi kinetik dapat diketahui dayanya
Daya nyata Daya yang bisa dihasilkan sebuah turbin angin dibatasi oleh efisiensi. Sehingga daya nyata Hukum betz menyatakan bahwa efisiensi maksimal dari sebuah turbin angin hanya 0,59
Sel surya Teknologi Photovoltaic Energi yang terkandung dalam foton menumbuk elektron keluar dari orbitnya. 1 elektron 1 foton Medan listrik yang disebabkan keluarnya elektron menimbulkan arus listrik.
Daya nyata Daya yang mampu dihasilkan oleh solar module dipengaruhi oleh efisiensi. Efisiensi ini dapat dilihat pada katalog-katalog solar module atau dapat dihitung dari formula
Studi Literatur Identifikasi Konsumsi dan potensi energi listrik Pengumpulan data Penerapan Teknologi sel surya dan turbin angin Perhitungan Efisiensi Energi Listrik Perhitungan Aspek Ekonomis
PEMBANGKIT ENERGI LISTRIK Motor pembakaran (kimia/termal) Turbin Uap (Termal) Turbin air (Potensial) Generator listrik (Kinetik) Elektrik
Konsumsi energi listrik galangan kapal selama satu tahun dikategorikan menjadi dua Bengkel 8.051.406 kwh (78%) Kantor 2.301.788 kwh (22%)
Pengambilan sampel dari kebutuhan energi listrik Bengkel mesin las FCAW 28,6kW, SMAW 15 kw, GMAW 12 kw duty cycle 60% Kantor komputer 350 w dan lampu TL 40 w
POTENSI PADA ANGIN Kecepatan angin merupakan fungsi probabilitas rayleigh Standar pengukuran oleh bmkg
0.25 0.2 0.15 Jan Feb mar 0.1 0.05 0 0 5 10 15 20 25
POTENSI PADA CAHAYA MATAHARI
POTENSI PADA TURBIN ANGIN DAN SEL SURYA Ekstrapolasi kecepatan angin Distribusi daya listrik
Sel surya
PENERAPAN SEL SURYA
Modul Surya Energi listrik Tegangan 1.019369 kwh 37.6 Volt (DC) Batery charger Tegangan input (max) 55 Volt (DC) Tegangan output 24 Volt (DC) Arus output 42.47369 Ah Baterai Kapasitas baterai Tegangan baterai Jumlah baterai Kapasitas total Inverter Tegangan input Tegangan output Efisiensi Arus output Energi listrik output 24 Volt (DC) 380 Volt (AC) 85% 36.10264 Ah 0.866463 kwh 22 12 2 44 Ah Volt (DC) Ah
Item Modul Charge controller Baterai 22Ah 12V Inverter 90% ATS harga Rp3.301.500 Rp540.000 Rp2.700.000 Rp1.250.000 Rp2.410.000 Rp10.201.500
Daya @ lampu LED Jam nyala Energi @ lampu LED Energi @ modul Jumlah lampu LED Jumlah modul Total kebutuhan daya Energi total lampu LED Sambungan PLN Biaya penyambungan PLN Biaya energi listrik PLN Investasi sel surya Pembelian sistem Total investasi 0.015 20 4 400 80 0.36 0.866463259 kw jam/hari (LWBP) jam/hari (WBP) jam/bulan (LWBP) jam/bulan (WBP) kwh kwh 492Lampu 156Modul 7380VA 177.12kWh/hari 3542.4kWh/bulan 7700VA Rp775/VA Rp803/kWh (LWBP) Rp1,205/kWh (WBP) Rp3,081,593/bulan Rp10,201,500/modul Rp2,081,106,000
Biaya Pemasangan Tagihan listrik 20 tahun Penggantian baterai Biaya selama 20 tahun PLN Sel surya Rp5,967,500 Rp2,081,106,000 Rp1,941,403,464 - - Rp376,380,000 Rp1,947,370,964 Rp2,457,486,000
PENERAPAN TURBIN ANGIN Pengambilan Turbin angin AC Konverter (AC) Baterai Inverter Automatic Transfer Switch
Turbin angin Energi listrik Tegangan Arus output Batery charger Tegangan input Tegangan output Arus output Baterai Kapasitas baterai Tegangan baterai Jumlah baterai Kapasitas total Arus output Trafo step up Tegangan input Tegangan output Arus output 327.3296 kwh 380 Volt (AC) 861.3937 Ah 320-450 Volt (AC) 24 Volt (DC) 13638.73 Ah 1500 Ah 2 Volt (DC) 12 18000 Ah 13638.73 Ah 24 Volt (DC) 48 Volt (DC) 6819.367 Ah Inverter Tegangan input 48 Volt (DC) Tegangan output 380 Volt (AC) Efisiensi 0.87 Arus output 749.4125Ah Energi listrik output 284.7768kWh
Item Unit harga Turbin Hummer 20kW 1 Rp167,400,000 Baterai 600Ah 2V 12 Rp206,280,000 Konstruksi menara 1 Rp388,125,000 TOTAL Rp761,805,000
SMAW Energi @ turbin angin Jumlah turbin angin Total energi turbin angin Daya mesin las Durasi operasi mesin las Energi @ mesin las Jumlah mesin las Total kebutuhan daya Sambungan PLN Biaya penyambungan PLN Biaya energi listrik PLN Investasi turbin angin Pembelian sistem Pemasangan Pondasi Total investasi 284.78 22.00 6,265.09 15.00 4.80 96.00 72.00 1,440.00 88 1,320,000 1,385,000 Rp505 Rp803 Rp101,756,160 kwh Turbin angin kwh kw jam/hari jam/bulan kwh/hari kwh/bulan mesin las SMAW VA VA /VA /kwh /bulan Rp761,805,000 Rp17,688,120 Rp64,698,078 Rp844,191,198 /turbin angin /turbin angin /turbin angin /turbin angin
Biaya PLN Wind turbine Rp699,425,000 Rp18,572,206,356 Rp40,295,439,360 - Penggantian baterai - Rp618,840,000 Perawatan - Rp125,511,801 Pemasangan Tagihan listrik 15 tahun Biaya selama 15 tahun Rp40,994,864,360 Rp19,316,558,157
GMAW Energi @ turbin angin Jumlah turbin angin Total energi turbin angin Daya mesin las Durasi operasi mesin las Energi @ mesin las Jumlah mesin las Total kebutuhan daya Sambungan PLN Biaya penyambungan PLN Biaya energi listrik PLN Investasi turbin angin Pembelian sistem Pemasangan Pondasi Total investasi 284.78 22.00 6,265.09 12.00 4.80 96.00 57.60 1,152.00 110 1,320,000 1,665,000 Rp505 Rp803 Rp101,756,160 kwh Turbin angin kwh kw jam/hari jam/bulan kwh/hari kwh/bulan mesin las GMAW VA VA /VA /kwh /bulan Rp761,805,000 Rp17,688,120 Rp64,698,078 Rp844,191,198 /turbin angin /turbin angin /turbin angin /turbin angin
Biaya Pemasangan Tagihan listrik 15 tahun Penggantian baterai Perawatan Biaya selama 15 tahun PLN Rp840,825,000 Wind turbine Rp18,572,206,356 Rp40,295,439,360 - - Rp618,840,000 Rp125,511,801 Rp41,136,264,360 Rp19,316,558,157
Efisiensi penerapan sel surya Biaya energi Sebelum penerapan Setelah penerapan Efisiensi Pengurangan Rp1.701.936.878 Rp1.594.786.363 Rp107.150.515 6,30%
Efisiensi penerapan turbin angin Biaya energi Beban Sebelum penerapan Setelah penerapan Pengurangan Efisiensi GMAW Rp3.499.590.244 Rp2.289.160.804 Rp1.210.429.440 34,59% SMAW Rp3.499.590.244 Rp2.289.160.804 Rp1.210.429.440 34,59%
NPV penerapan sel surya Tahun ke17 18 19 20 SNPV Awal Kenaikan TDL 9% (Rp207.334.345) (Rp16.647.000) (Rp99.478.514) Rp100.915.856 Rp4.919.965 Rp214.710.198 Rp21.535.910 Rp240.407.014
NPV penerapan turbin angin SNPV Tahun ke11 12 13 14 15 GMAW Kenaikan Awal TDL 9% Rp(4.738) Rp(3.493) Rp(3.659) Rp(2.316) Rp(2.624) Rp(1.189) Rp(1.636) Rp(112) Rp(694) Rp915 SMAW Kenaikan Awal TDL 9% Rp(4.738) Rp(3.493) Rp(3.659) Rp(2.316) Rp(2.624) Rp(1.189) Rp(1.636) Rp(112) Rp(694) Rp915
KONFIGURASI SEL SURYA 1 modul surya 250 W 1 Charge controller 2 Baterai 22Ah 12 V 1 Inverter dengan efisiensi 85% 1 ATS 156 sistem dapat memenuhi kebutuhan energi listrik 492 lampu LED.
KONFIGURASI TURBIN ANGIN Kapasitas 20 kw Kecepatan kerja 11,5 m/s Efisiensi 0,4 Tegangan 380 V AC Baterai 12 x 2 V @ 600 Ah Dirangkai Seri 1 Inverter 85% 22 sistem dapat memenuhi kebutuhan listrik 110 mesin las GMAW atau 88 SMAW.
KESIMPULAN Potensi energi listrik dari angin dan matahari di Surabaya masing-masing sebesar 505,98 kwh/m2 putaran bilah dan 5,027 kwh/m2 luasan modul.
KESIMPULAN Konsumsi energi listrik galangan kapal didominasi oleh kategori bengkel sebesar 78 % dari total konsumsi energi listrik. Sisanya sebanyak 22% pada kategori kantor.
KESIMPULAN Penerapan sel surya dan turbin angin di galangan kapal adalah sebagai berikut 156 sistem sel surya untuk 492 lampu LED 15 W memberikan efisiensi 6,3% 22 sistem turbin angin pada ketinggian 80 meter untuk 110 mesin las GMAW atau untuk 88 mesin las SMAW memberikan efisiensi 34,59%
KESIMPULAN Investasi dari masing-masing sistem dengan asumsi kenaikan TDL 9% per tahun sebagai berikut Sistem sel surya untuk lampu LED menghasilkan keuntungan pada tahun ke-18 dan keuntungan diakhir lifetime sebesar Rp.240.407.014 Sistem turbin angin untuk mesin las GMAW atau SMAW menghasilkan keuntungan diakhir lifetime sebesar Rp. 914.582.706.