IDENTIFIKASI POTENSI ENERGI PASANG SURUT MENGGUNAKAN ALAT FLOATING DAM DI PERAIRAN KALIMANTAN BARAT, INDONESIA IDENTIFICATION OF TIDAL ENERGY POTENTIAL USING FLOATING DAM DEVICE IN WEST BORNEO WATERS, INDONESIA Inovasita Alifdini 1, Adrian Bela Widodo 2, Denny Nugroho Sugianto 3, Yochi Okta Andrawina 1 1 Departmen Oseanografi, Universitas Diponegoro, Jl. Prof. Soedarto SH Tembalang, Semarang 50275 Indonesia 2 Departmen Teknik Elektro, Universitas Diponegoro, Jl. Prof. Soedarto SH Tembalang, Semarang 50275 Indonesia 3 Pusat Kajian Mitigasi Bencana dan Rehabilitasi Pesisir, Universitas Diponegoro, Jl. Prof. Soedarto SH Tembalang, Semarang 50275 Indonesia Email: inovasita@student.undip.ac.id / inovasita@gmail.com Abstrak Kalimantan Barat merupakan sebuah provinsi di Indonesia. Lokasi ini memiliki rentang pasang surut maksimum yang dapat dimanfaatkan sebagai energi listrik. Floating Dam merupakan alat yang digunakan untuk menghasilkan listrik dari energi pasang surut. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengidentifikasi banyaknya energi listrik yang dapat dihasilkan dari alat Floating Dam. Penelitian ini menggunakan metode kuantitatif dengan mengolah data elevasi pasang surut (Januari - Desember 2016) dari Badan Informasi Geospasial, Indonesia. Data elevasi pasang surut diolah untuk mendapatkan data HHWL dan LLWL dengan menggunakan metode Admiralty. Rata-rata rentang pasang surut di lokasi ini adalah 3 meter. Dengan mengasumsikan luasan area power plant sebesar 729 km 2, dan efisiensi Floating Dam 80%, output daya listrik dari energi pasang surut yang dapat diperoleh adalah 559-1199 MWh / hari. Apabila masing-masing rumah warga menggunakan 1300 watt, pembangkit listrik ini dapat digunakan untuk 561.975 rumah per hari. Kata kunci: Energi Pasang Surut, Energi Terbarukan Laut, Floating Dam, Kalimantan Barat Indonesia Abstract West Borneo is the province in Indonesia. This location has the maximum tidal range which can be used for electricity. Floating Dam is a device used to generate electricity from tidal energy. The objective of this research was to identify how much electricity that can be generated from Floating Dam device. This research used a quantitative method by processing tidal elevation data (January - December 2016) from Geospatial Information Agency, Indonesia. Tidal elevation data is calculated to get HHWL and LLWL data by using Admiralty method. The tidal range in this location on the average of 3 meters. Assuming the area of this power plant was 729 km 2, and efficiency of Floating Dam was 80%, the power output of tidal energy were 559-1,199 MWh/day. If each residents house uses 1,300 watt, this power plant can be used for 561.975 houses per day. Keywords: Tidal Energy, Marine Renewable Energy, Floating Dam, West Borneo Indonesia I. PENDAHULUAN Energi merupakan salah satu kebutuhan yang paling penting bagi kehidupan manusia dan pasokan yang handal dari energi sangat penting bagi keberlangsungan masyarakat modern. Saat ini, sekitar 80% dari konsumsi energi global disediakan oleh bahan bakar fosil (Orhan et al., 2015). Pengembangan energi terbarukan di Indonesia 1
Identifikasi Potensi Energi Pasang Surut Menggunakan Alat Floating Dam Di Perairan Kalimantan Barat, Indonesia diatur dengan Keputusan Presiden yang menyatakan bahwa kontribusi energi terbarukan akan meningkat menjadi 17% dari total bauran energi primer nasional pada tahun 2025, yang 5% harus berasal dari tenaga air, termasuk dalam bentuk energi gelombang dan pasang surut (Pangastuti 2005 dalam Blunden et al., 2013). Mempelajari potensi energi pasang dapat menjadi solusi untuk membangun jenis pembangkit listrik baru di Indonesia (Sandro et al., 2013). Energi air sebagian besar akan digunakan di Indonesia untuk mengoptimalkan ketersediaan energi dalam negeri (Darmawi, 2014). Asosiasi Energi Laut Indonesia / ASELI (2011), menyatakan bahwa potensi praktis energi laut Indonesia adalah 49 GW, yang terdiri dari potensi energi pasang surut, gelombang laut dan panas laut berturut-turut sebesar 4,8 GW, 1,2 GW dan 43 GW. Gambar 1. Potensi Energi Pasang Surut di Perairan Indonesia (P3GL ESDM, 2011) Berdasarkan roadmap energi laut Indonesia, kapasitas terpasang yang direncanakan untuk tahun 2025 adalah sebesar 1.650 MW dengan rincian energi yang berasal dari energi gelombang sebesar 50 MW, energi pasang surut sebesar 1000 MW, energi arus laut sebesar 500 MW, dan OTEC sebesar 100 MW. Berdasarkan roadmap tersebut terlihat bahwa keempat jenis energi ini dapat dikembangkan, namun dengan melihat kapasitas yang terpasang maka sebagian besar diarahkan pada pengembangan energi pasang surut (ESDM, 2011). Kalimantan Barat adalah salah satu provinsi di Indonesia yang sedang mengalami krisis ketersediaan energi listrik. Daya mampu sistem dan beban puncak memiliki nilai yang hampir sama sehingga sistem tidak memiliki cadangan pembangkitan (reserve margin). Akibatnya sistem akan mengalami kekurangan pasokan apabila ada jadwal perawatan pembangkit (PLN, 2013). Kisaran pasang surut di Perairan Kalimantan Barat ditemukan sebesar 1,3 m sampai 3,7 m dan nilai maksimum dapat mencapai 5,7 m (Purba, et al., 2015). Pasang surut yang terjadi di Perairan Kalimantan Barat adalah pasang surut tipe tunggal (pasang diurnal) (Heriati et al., 2015). Pada tipe pasang surut harian tunggal arus pasut yang terjadi adalah terjadi perubahan arus satu kali per hari (Wyrtki, 1961). Energi pasang surut dapat menjadi tenaga listrik dengan memanfaatkan perbedaan muka air saat pasang dan surut (Darmawi, 2014). Energi pasang surut dari laut akan berkurang sebanding dengan berkurangnya kedalaman (Danial, 2008). Teknologi yang paling umum untuk mengkonversi energi pasang surut adalah dengan memasang bendungan (dam) di teluk atau muara, yang prinsipnya hampir mirip 2
dengan pembangkit listrik tenaga air. Akibatnya, air yang tersimpan selama pasang maupun surut akan mendorong turbin (Lemus Dan Jose', 2013). Gambar 2. Floating Dam Perangkat Floating Dam umumnya bergerak secara vertikal terhadap arah aliran pasang surut. Pada akhir proses gerak, Floating Dam bergerak secara paralel dari arah alirannya untuk mengurangi resistensi aliran. Melalui bantuan desain mekanik, dapat membuatnya menuju ke titik awal dan bergerak ke arah vertikal, sehingga gerakan berputar terus menerus dapat dilakukan dengan mudah. Ketika arah aliran akan berubah, secara otomatis arah Floating Dam juga berubah. Jadi, dua gerak mundur dan mekanisme gigi dapat mengubah arahnya dan melanjutkan gerakan putaran searah yang akan digunakan untuk membangkitkan energi listrik (Hossain, 2010). II. METODE PENELITIAN Penelitian dilakukan dengan menggunakan metode kuantitatif. Data dikumpulkan dari pengamatan secara tidak langsung di lapangan. Berdasarkan tujuannya, penelitian ini dikategorikan sebagai metode penelitian terapan. 2.1. Lokasi Penelitian Penelitian ini dilakukan di Perairan Kalimantan Barat dengan koordinat lintang 0 27'13.64 "- 0 15'51.38 "LU dan bujur 108 35'23.66" - 108 24'29.24" BT. Lokasi ini disajikan pada Gambar 3. Gambar 3. Lokasi Penelitian (Google Earth, 2016) 3
Identifikasi Potensi Energi Pasang Surut Menggunakan Alat Floating Dam Di Perairan Kalimantan Barat, Indonesia 2.2. Analisa Pasang Surut Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data pasang surut dari Badan Informasi Geopasial Indonesia (Januari-Desember 2016). Kemudian, data pasang surut pada April 2016 dihitung dengan metode Admiralty untuk mengetahui perbedaan antara HHWL (High Highest Water Level) and LLWL (Low Lowest Water Level) yang merupakan nilai range pasang surut. 2.3. Analisa Energi dan Daya Listrik Jenis perangkat energi pasang surut yang digunakan dalam penelitian ini adalah Floating Dam yang memiliki model osilator mekanik. Menurut Hossain (2002) dalam Rasyid et al. (2012), berbagai desain generator memiliki berbagai efisiensi sehingga dapat menghasilkan output daya yang bervariasi. Efisiensi generator "Cg" dalam persamaan di bawah ini, dapat digunakan untuk menentukan output daya yang dihasilkan. Rumusan energi yang tersedia dari sistem dapat dinyatakan sebagai berikut ini: P = Cp x 0.5 x ρ x A x V³ di mana: Cp = Koefisien performansi P = Daya yang dihasilkan (dalam watts) ρ = Densitas air laut (1025 kg/m³) A = Luasan area (dalam m²) V³ = Kecepatan aliran (i.e. V x V xv) Beberapa asumsi yang digunakan dalam perhitungan ini adalah: Kisaran pasang surut di tempat tertentu dan muka air pasang yang digunakan. Massa air = Volume laut air laut densitas air laut = (luasan area range pasang surut) rapat massa air Energi potensial saat pasang = ½ luasan area densitas percepatan gravitasi range pasang surut yang dikuadradkan. Lalu, dilakukan pemilihan pasang dan surut setiap hari, sehingga: Potensi energi total per hari = Energi untuk pasang tunggal 4 Rata-rata potensi pembangkit listrik = Energi potensial / waktu dalam 1 hari Dengan asumsi efisiensi konversi daya sebesar 80%, sehingga: Daya rata-rata yang dihasilkan = Rata-rata potensi pembangkit listrik * 80%. 2.4. Analisis Data Analisis data dilakukan untuk mengidentifikasi potensi pengembangan Floating Dam di Perairan Kalimantan Barat. Ini termasuk review potensi energi pasang surut untuk menghasilkan energi listrik. Studi kami berfokus pada perhitungan energi listrik yang dihasilkan dari pasang surut menggunakan perangkat Floating Dam yang akan digunakan dalam Perairan Kalimantan Barat, dan menghitung jumlah rumah yang dapat menggunakan listrik dari teknologi ini. 4
III. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Analisa Pasang Surut Berdasarkan analisa pasang surut yang menggunakan metode Admiralty, dapat diperoleh nilai-nilai parameter pasang surut sebagai berikut: Gambar 4. Grafik Pasang Surut Kalimantan Barat Tabel 1. Chart Datum Pasang Surut Kalimantan Barat MSL Z0 HHWL MHWL LLWL MLWL F Range Pasut 194,49 108,88 388,97 199,65 89,24 189,33 16,15 300 Keterangan: MSL : Mean Sea Level (cm) Zo : Duduk Tengah (cm) HHWL : High Highest Water Level (cm) MHWL : Mean High Water Level (cm) LLWL : Low Lowest Water Level (cm) MLWL : Mean Low Water Level (cm) F : Bilangan Formzahl Range : Range Pasang Surut (cm) Melalui hasil di atas, dapat diketahui bahwa range pasang surut di Perairan Kalimantan Barat dapat mencapai 3 meter, sehingga pasang surut di lokasi tersebut berpotensi untuk dikembangkan sebagai pembangkit energi. Pasang surut di lokasi kajian adalah merupakan pasang surut tipe diurnal (ditunjukkan nilai bilangan formzahl yang lebih dari 3). Hal ini berarti dalam satu hari terjadi satu kali pasang dan surut. 3.2. Energi dan Daya Listrik yang Dihasilkan Energi dan daya listrik dari pasang surut telah dihitung berdasarkan metode dalam bagian (2.3) sebelumnya. Beberapa parameter dalam perhitungan ini diasumsikan dalam beberapa nilai. Nilai rentang pasang surut yang digunakan adalah sebesar 3 meter. 5
Identifikasi Potensi Energi Pasang Surut Menggunakan Alat Floating Dam Di Perairan Kalimantan Barat, Indonesia Tabel 2. Asumsi-asumsi dalam perhitungan Parameter Nilai Satuan Range Pasut 3 meter Luasan Pasut 7,29 x 10 8 m 2 Densitas Air laut 1025,18 kg/m 3 Gravitasi 9,81 m/s 2 Waktu per hari 86400 S Waktu per bulan 2592000 S Pada tabel 3, memuat nilai-nilai hasil pengolahan data pasang surut. Kolom Min dan Max berisi nilai elevasi minimum dan maximum pasang surut per bulan di tahun 2016. Kolom surut dan pasang menyatakan frekuensi (banyaknya kejadian) pasang dan surut setiap bulannya. T total merupakan total frekuensi pasang dan surut per bulan. Sementara itu, T kombinasi min max merupakan nilai periode pasang surut setelah dikalikan dengan nilai elevasi pasang (max) dan surut (min) setiap bulannya. Tabel 3. Nilai-nilai parameter pasang surut Bulan Min (m) Max (m) Surut Pasang T total T kombinasi min max 1 0,22 1,63 31,00 32,00 63,00 58,70 2 1,21 2,61 32,00 30,00 62,00 117,14 3 0,44 1,49 31,00 31,00 62,00 59,74 4 1,00 2,68 30,00 31,00 61,00 113,29 5 1,02 2,69 31,00 32,00 63,00 117,70 6 0,13 1,69 32,00 30,00 62,00 54,89 7 0,15 1,68 31,00 31,00 62,00 56,56 8 0,21 1,61 31,00 30,00 61,00 54,93 9 0,36 1,48 31,00 30,00 61,00 55,62 10 0,33 1,57 31,00 31,00 62,00 59,00 11 0,16 1,68 30,00 31,00 61,00 57,09 12 0,07 1,69 31,00 32,00 63,00 56,31 Berdasarkan hasil dalam tabel sebelumnya, dapat diperoleh nilai massa air yang ada sebesar 2,2 x 10 12 kilogram dan nilai energi potensial yang tersedia sebesar 3,3 x 10 13 Joule. Pada tabel 4 berikut ini, diperhitungkan besarnya total energi listrik per bulan yang dapat diperoleh dari energi pasang surut yang ada di Perairan Kalimantan Barat. Kolom energi merupakan besarnya energi pasang surut yang tersedia sebelum dikonversikan ke energi listrik. Sementara itu, turut diperhitungkan besarnya daya listrik yang dapat diperoleh dari energi pasang surut yang ada. Dengan asumsi alat floating dams memiliki efisiensi sebesar 80 %, maka dapat turut diperhitungkan pula besarnya energi listrik yang dapat diperoleh. 6
Tabel 4. Total Energi Per Hari Setiap Bulannya (Dikalikan Total Pasang Surut Min Max) Bulan Energi (J) Daya (Wh) Daya (MWh) Daya (MWh) Efisiensi 80% Januari 1,93 x 10 15 747106789,9 747,1067899 597,6854319 Februari 3,86 x 10 15 1490982685 1490,982685 1192,786148 Maret 1,97 x 10 15 760433789,3 760,4337893 608,3470315 April 3,73 x 10 15 1441955676 1441,955676 1153,56454 Mei 3,88 x 10 15 1498135344 1498,135344 1198,508275 Juni 1,81 x 10 15 698632759,4 698,6327594 558,9062075 Juli 1,86 x 10 15 719901579,9 719,9015799 575,9212639 Agustus 1,81 x 10 15 699122803,4 699,1228034 559,2982427 September 1,83 x 10 15 707932984,6 707,9329846 566,3463877 Oktober 1,94 x 10 15 750941930,7 750,9419307 600,7535446 November 1,88 x 10 15 726618998,6 726,6189986 581,2951989 Desember 1,85 x 10 15 716763582,7 716,7635827 573,4108662 *) Efisiensi tergantung dari efisiensi generator + rugi-rugi transmisi Tabel di atas dapat dipresentasikan dalam bentuk sebuah grafik berikut ini: Gambar 4. Grafik Total Energi Tahun 2016 Berdasarkan gambar di atas, dapat diketahui bahwa alat floating Dam dapat mencapai daya maksimumnya pada bulan Mei dan daya minimumnya pada bulan Juni. 3.3. Rekomendasi Berdasarkan hasil pada subbab (3.2), output daya listrik dari energi pasang surut yang dapat diperoleh berkisar antara 559-1199 MWh / hari. Jika diambil rata-rata, energi per hari yang diperoleh dari pembangkit listrik energi pasang surut adalah sebesar 730,57 MW. Energi ini mampu menghidupi rumah dengan kapasitas daya sebesar 1300 watt/jam sebanyak 561.975 unit rumah. 7
Identifikasi Potensi Energi Pasang Surut Menggunakan Alat Floating Dam Di Perairan Kalimantan Barat, Indonesia IV. KESIMPULAN Dalam studi ini, kami telah melakukan identifikasi potensi energi pasang surut di Perairan Kalimantan Barat, Indonesia. Berdasarkan hasil penelitian, pembangkit listrik ini memiliki potensi besar untuk dikembangkan, meskipun pendiriannya akan dikenakan biaya dengan jumlah yang lebih besar. Namun, kita masih harus mengembangkan energi terbarukan sebelum kehabisan energi fosil di masa depan. UCAPAN TERIMA KASIH Kami akan berterima kasih kepada Departemen Oseanografi Universitas Diponegoro, Pusat Kajian Mitigasi Bencana dan Rehabilitasi Pesisir (PKMBRP) Universitas Diponegoro untuk pendanaan penelitian kami. DAFTAR PUSTAKA Asosiasi Energi Laut Indonesia (ASELI). 2011. Potensi Sumber Daya Energi Laut di Indonesia. ASELI, Bandung, 14 hlm. Blunden, L.S., A.S. Bahaj, dan N.S. Aziz. 2013. Tidal current power for Indonesia? An initial resource estimation for the Alas Strait. Renewable Energy 49 (2013) 137-142. Danial, Meddy, dan Mochmamad. 2008. Pengantar Ilmu Kelautan. Alfabeta. Bandung. Darmawi. 2014. Tidal Current Turbine and Related Development Problems for Indonesia. Applied Mechanics and Materials Vol 575 (2014) pp 610-614. ESDM. 2011. Indonesia 2050 Pathway Calculator, Sektor Pasokan Energi Pembangkit dari Energi Baru dan Terbarukan. ESDM. Jakarta. Heriati, A., E. Mustikasari, dan M. A. Azhar. 2015. Variabilitas Pola Arus dan Gelombang di Selat Karimata. J. Segara 11 (2): 125-136. Hossain, E.M.D. 2010. Power Generation Using Tidal Energy by Artificial Floating Dam without Turbine. Proceedings of the IEEE, [Online], 1st International Conference on the Developements in Renewable Energy Technology (ICDRET), Dhaka, pp. 1-3. Available from: IEEE/IEEE Xplore. [April 26, 2010]. Lemus, R G., dan M.M Jose. 2013. Renewable Energies and CO2. London: Springer London Heidelberg New York Dordrecht. Orhan, K, R. Mayerle dan W. W. Pandoe. 2015. Assesment of Energy Production Potential from Tidal Stream Currents in Indonesia. Energy Procedia 76. 7 16 pp. PT. PLN (PERSERO). 2013. Rencana Usaha Penyediaan Tenaga Listrik PT. PLN (Persero). PT. PLN (Persero). Jakarta. Purba, N. P., J. Kelvin, R. Sandro, S. Gibran, R. A.I. Permata, F. Maulida, dan M. K. Martasuganda. 2015. Suitable Locations of Ocean Renewable Energy (ORE) in Indonesia Region GIS Approached. Energy Procedia 65. 230 238 pp. Puslitbang Geologi Kelautan (PPPGL) ESDM. 2011. Peta Potensi Energi Pasang Surut Indonesia. Bandung. Rashid, F. L., A. H. Mohamad, dan A. Hashim. 2012. Power Production using Tidal Energy. British Journal of Science 3 (2). 112-117 pp. Sandro, R. Arnudin, A. Tussadiah, R. M. Utamy, N. Pridina, dan L. N. Afifah. 2014. Study of Wind, Tidal Wave and Current Potential in Sunda Strait as an Alternative Energy. Energy Procedia 47. 242 249 pp. 8
Wyrtki, K., 1961. Scientific Result of Marine Investigations of the South China Sea and the Gulf of Thailand 1959-1961, Naga Report, Volume 2, The University of California, Scrift Institution of Oceanography La Jolla, California. 9