BAB I PENDAHULUAN 1.1 Analisa Situasi Seiring dengan perkembangan peradaban manusia, tingkat kebutuhan energi manusia juga semakin meningkat. Kebutuhan energi dunia selama ini sebagian besar bertumpu pada jenis bahan bakar fosil, dengan minyak sebagai prioritas utama. Pemanfaatan dan penggunaan sumber energi dari bahan bakar fosil, seperti minyak bumi, gas dan batubara, yang berasal dan diambil dari perut bumi secara terus-menerus, yang jumlahnya semakin sedikit dan terbatas. Karena permintaan kebutuhan yang terus meningkat, sedangkan jumlah produksi semakin menurun, sehingga secara tidak langsung pengaruh harga menjadi semakin mahal dan tidak ekonomis. Dampak dari penggunaan energi dari bahan fosil, yakni mulai dari proses penyediaan, pengolahan, transportasi dan hingga sampai pada penggunaan, terutama terkait dengan masalah penggunaan energi di sektor transportasi dan ketersedian energi listrik, sampai saat ini masih memanfaatkan sumber energi dari bahan fosil, sehingga menjadi beban bagi masalah konservasi dan kemampuan daya dukung lingkungan sekitar atau global. Dampak terhadap masalah lingkungan, yaitu terutama terkait dengan masalah perubahan iklim (climate change) dan efek gas rumah kaca (green house effect gasses) yang ditimbulkan akibat penggunaan energi fosil. Pergeseran dan perubahan cara pandang negara-negara di dunia mulai mengalihkan dan cenderung mengurangi penggunaan energi dari bahan bakar fosil dan mengalihkan perhatiannya pada pemanfaatan sumber energi terbarukan (renewable energy source) sebagai sumber energi pengganti masa depan ramah lingkungan. 1
Berikut tabel perkiraan yang menggambarkan peningkatan kebutuhan energi primer dunia hingga tahun 2030. (International Energy Agency-IEA, 2007) Million ton minyak ekivalen (Mtoe) Pertumbuhan ratarata/tahun Energi 1980 2004 2010 2015 2030 2004-2030 Coal 1,785 2,773 3,354 3,666 4,441 1,8% Oil 3,107 3,940 4,366 4,750 5,575 1,3% Gas 1,237 2,302 2,686 3,017 3,869 2,0% Nuclear 186 714 775 810 861 0,7% Hydro 148 242 280 317 408 2,0% Biomass 765 1,176 1,283 1,375 1,645 1,3% and Waste Other 33 57 99 136 296 6,6% renewables Total 7,261 11,204 12,842 14,071 17,095 1,6% Tabel 1 Kebutuhan energi primer dunia sampai tahun 2030 Berdasarkan data yang dari badan energi dunia (International Energy Agency- IEA), bahwa permintaan kebutuhan energi dunia menunjukkan angka peningkatan yang sangat tajam. Hingga tahun 2030 permintaan energi dunia meningkat sebesar 45% atau rata-rata mengalami peningkatan sebesar 1,6% per tahun. Kebutuhan paling banyak permintaan kebutuhan energi dunia sekitar 80% masih didominasi dan dipasok dari bahan bakar fosil. 2
Gambar 1.1 Kebutuhan Global Energi Dunia sampai 2100 Sumber : Luwig-Bolkow-Systemtechnik GmbH, 2007 Peningkatan kebutuhan energi bahan bakar fosil ditandai dengan menempatkan posisi batubara pada urutan ke kedua tertinggi sebagai pemasok sumber energi setelah minyak. Pemakaian batubara diperkirakan mengalami peningkatan tiga kali lipat hingga 2030. Sebesar 97% pemakaian batubara adalah non OECD (Organisation for Economic Co-Operation and Development) dengan China mengkonsumsi dua pertiga terbesar di dunia. Posisi ketiga setelah batubara, pasokan energi dunia secara berurutan disumbang oleh gas, biomasa, nuklir, hydropower dan sumber energi terbarukan. Melihat lebih dari 70% bagian permukaan bumi adalah lautan. Hal ini dapat menjadi suatu upaya dengan penyediaan energi listrik berbahan bakar alternatif yang sifatnya non konvensional, yakni pembangkit listrik tenaga gelombang laut dengan. Pembangkit listrik tenaga gelombang laut ini memiliki berbagai macam metode, salah satunya menggunakan metode teknologi oscilatting water column (PLTGL-OWC). Energi gelombang merupakan energi yang sifatnya dapat diperbaharui dan ramah lingkungan, serta selalu tersedia sepanjang waktu. 3
1.2 Tujuan Tujuan dari penulisan ini adalah pengkajian sumber energi yang memanfaatkan salah satu energi terbarukan (renewable energy) yaitu Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (PLTGL), khususnya dengan menggunakan metode teknologi Oscillating Water Column. 1.3 Manfaat Manfaat yang diharapkan pada penulisan makalah ini antara lain adalah: 1. Memberikan informasi kepada masyarakat tentang energi baru dan yang terbarukan, dalam hal ini adalah Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut yang merupakan potensi energi terbarukan sehingga tidak akan habis. Sehingga dapat membantu dunia teknologi, khusunya yang berhubungan dengan Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (PLTGL) sehingga dapat berkembang pesat. 2. Menambah khazanah informasi dalam disiplin ilmu teknik elektro, khususnya mengenai sistem pembangkitan. 3. Menambah pengetahuan pada bidang elektro khususnya konsentrasi sistem tenaga listrik.. 4
BAB II ISI 2.1 Rumusan Masalah Sesuai dengan analisa situasi penulisan makalah ini maka permasalahannya adalah, sebagai berikut : 1. Apa yang dimaksud dengan energi terbarukan (renewable energy) 2. Bagaimana memanfaatkan salah sumber energi terbarukan (renewable energy) yaitu pembangkit listrik tenaga gelombang laut. 3. Apa saja komponen-komponen yang terdapat pada pembangkit listrik tenaga gelombang laut. 4. Metode apa saja yang dapat diterapkan untuk mengkonversi tenaga gelombang laut menjadi energi listrik. 5. Apa yang dimaksud dengan metode Oscillating Water Column (OWC) pada pembangkit listrik tenaga gelombang laut. 6. Bagaimana prinsip pembangkitan listrik tenaga gelombang laut dengan metode Oscillating Water Column (OWC). 7. Apa yang mempengaruhi dalam penentuan lokasi pembangunan pembangkit listrik tenaga gelombang laut dengan metode Oscillating Water Column (OWC). 8. Apa kelebihan dan kekurangan pembangkit listrik tenaga gelombang laut dengan metode Oscillating Water Column (OWC). 9. Bagaimana perkembangan pembangkit listrik gelombang laut di Indonesia dan dunia. 5
2.2 Pembahasan 2.2.1 Energi Energi adalah daya kerja atau tenaga, energi berasal dari bahasa Yunani yaitu energia yang merupakan kemampuan untuk melakukan usaha. Energi merupakan besaran yang kekal, artinya enegi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari bentuk satu ke bentuk yang lain. Ditinjau dari asalnya energi mempunyai bermacam-macam bentuk seperti berikut : energi potensial, energi kinetik, energi kimia, energi kalor, energi listrik, energi bunyi,energi nuklir,energi radiasi. Sumber daya energi primer pada dasarnya semua berasal dari proses alamiah. Sumber daya energi primer dapat diklasifikasikan menjadi 2 (dua) jenis energi, yaitu: [Wibawa, 2001] a. Energi Tak Terbarukan (unrenewable energy), yang dikenal pula dengan istilah energi fosil, adalah jenis sumber daya energi primer yang habis dipakai, dan tidak dapat diperbaharui lagi, baik secara alamiah maupun dengan bantuan teknologi. Termasuk disini antara lain: minyak bumi, batubara, dan gas alam. b. Energi Terbarukan (renewable energy), yang dikenal pula dengan istilah energi regeneratif, adalah jenis sumber daya energi primer yang tidak habis dipakai, dalam artian dapat diperbaharui lagi, baik secara alamiah maupun dengan bantuan teknologi (regenerasi). Termasuk disini antara lain: matahari, air, angin, geothermal, biomassa, dan biogas. 2.2.2 Konversi Energi Konversi energi dipahami sebagai proses perubahan energi dari bentuk yang satu ke bentuk lainnya, misalnya dari energi primer berubah menjadi energi sekunder. Bentuk energi primer seperti: batu bara, minyak bumi, gas alam, matahari, angin, air, biomassa, sampai dengan biogas akan diubah menjadi bentuk energi 6
sekunder, agar lebih dapat dimanfaatkan atau lebih mudah diangkut atau dibawa, misalnya: bensin dari minyak bumi, atau elektrik dari batubara. Bentuk energi sekunder yang paling sering ditemui dan dimanfaatkan oleh manusia adalah: energi panas, energi mekanik dan energi elektrik. Energi primer juga dapat langsung dimanfaatkan, sebagai energi guna, untuk memenuhi kebutuhan manusia, misalnya: energi gerak, panas dan cahaya. 2.2.3 Gelombang Laut Gelombang laut merupakan energi dalam transisi, merupakan energi yang terbawa oleh sifat aslinya. Prinsip dasar terjadinya gelombang laut adalah sebagai berikut (waldopo,2008): Jika ada dua massa benda yang berbeda kerapatannya ( densitasnya) bergesekan satu sama lain, maka pada bidang geraknya akan terbentuk gelombang. Gelombang merupakan gerakan naik turunnya air laut. Hal ini seperti ditunjukkan pada gambar 2.1. Gambar 2.1. Gambar pergerakan air laut. Sumber : Waldopo, 2008 Gelombang permukaan merupakan gambaran yang sederhana untuk menunjukkan bentuk dari suatu energi lautan. Gejala energi gelombang bersumber pada fenomena-fenomena sebagai berikut (Pudjanarsa, 2006): 7
Benda (body) yang bergerak pada atau dekat permukaan yang menyebabkan terjadinya gelombang dengan periode kecil, energi kecil pula. Angin merupakan sumber penyebab utama gelombang lautan. Gangguan seismik yang menyebabkan terjadinya gelombang pasang atau tsunami. Contoh gangguan seismik adalah: gempa bumi, dll. Medan gravitasi bumi dan bulan penyebab gelombang-gelombang besar, terutama menyebabkan gelombang pasang yang tinggi. Selanjutnya gelombang laut ditinjau dari sifat pengukurannya dibedakan menurut ketinggian serta periode alunannya. Dari kebanyakan data yang ada, tinggi gelombang lautan dapat diukur melalui alat ukur gelombang ataupun dengan cara visual dengan melakukan pengamatan langsung di lapangan. Karena gelombang laut sukar untuk dijabarkan secara pasti, sehingga muncullah berbagai macam teori pendekatan yang digunakan untuk memberikan informasi ilmiah tentang sifat gelombang lautan pada suatu tingkat fenomena yang aktual. Suatu teori sederhana tentang gelombang lautan dikenal sebagai teori dari Airy atau teori gelombang linier. Selanjutnya para ahli membedakan sifat gelombang laut sebagai gelombang linier dan gelombang non-linier. 2.2.4 Pengaruh Angin terhadap Gelombang Laut Angin adalah sumber utama terjadinya gelombang lautan. Dengan demikian tinggi gelombang, periode, dan arah gelombang selalu berhubungan dengan kecepatan dan arah angin. Angin dengan kecepatan rendah akan menyebabkan kecilnya tinggi gelombang dan rendahnya periode gelombang yang terjadi, sedangkan angin yang kuat dan angin ribut akan menyebabkan variasi tinggi serta periode gelombang serta mengarah ke berbagai penjuru. Pada kondisi angin yang baik, gelombang laut dapat diobservasi secara random, baik untuk tinggi, periode, maupun arahnya. Angin memberikan pengaruh yang besar terhadap terjadinya gelombang laut sehingga efisiensi hampir semua pesawat konversi energi gelombang laut dipengaruhi oleh frekuensi angin yang terjadi sepanjang tahun pada suatu zone lautan tertentu. Gambar 8
2.2 menunjukkan suatu spektrum periode gelombang untuk berbagai variasi kecepatan angin. Gambar 2.2 Spektrum periode gelombang untuk berbagai kecepatan angin Sumber : Pudjanarsa, 2006 2.2.5 Komponen dasar Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (PLTGL) Konstruksi pembangkit listrik tenaga gelombang (PLTGL) terdiri dari mesin konversi energy gelombang, turbin, generator. A. Mesin konversi energi gelombang laut Energi gelombang laut dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan pesawatpesawat yang nantinya bermanfaat demi kesejahteraan manusia. Upaya untuk memanfaatkan energi gelombang laut telah banyak dilaksanakan baik dengan konsep yang sederhana maupun yang canggih. Sejumlah percobaan telah dilaksanakan oleh para ahli di bidang gelombang laut dan telah ditemukan beberapa konsep pemanfaatannya, diantaranya (Pudjanarsa, 2006): a. Konsepsi yang sederhana: 9
Heaving and pitching bodies Pressure device Particel motion convertors The dolphin type wave power generators Cavity resonators Surging wave energy conventors Float wave-power machine b. Konsepsi yang lebih tinggi: Salter s nodding duck Russel rectifier Cockerell s rafts Wave focusing techniques B. Turbin Turbin merupakan bagian penting dalam suatu pembangkit listrik. Pada pembangkit listrik tenaga gelombang laut ini jenis turbin yang digunakan ada dua jenis turbin yang banyak digunakan yaitu turbin air dan turbin udara. Dimana turbin air menggunakan media air sebagai fluida kerjanya. Sedangkan turbin udara mengunakan udara sebagai fluida kerjanya. Jenis turbin air biasanya digunakan pada pembangkit listrik tenaga gelombang laut yang menggunakan teknologi buoy tipe dan teknologi overtopping devices. Sedangkan jenis turbin udara dipakai pada pembangkit listrik tenaga gelombang laut yang menggunakan teknologi oscilatting water column. C. Generator Generator juga merupakan bagian penting dalam pembangkit listrik. Generator memilliki prinsip mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Dimana energi mekanik pada pembangkit listrik tenaga gelombang laut berasal dari gerakan turbin. Kemudian dari perputaran turbin inilah nantinya akan dikopel dengan generator sehingga dapat menghasilkan daya listrik. 2.2.6 Konversi Energi Gelombang Laut Menjadi Listrik Pada pengkonversian energi gelombang laut menjadi energi listrik terdapat tiga metode yang dapat diterapkan, sebagai berikut : Energi gelombang Energi kinetik yang ada pada gelombang laut digunakan untuk menggerakkan turbin. Ombak naik ke dalam ruang generator, lalu air yang naik menekan udara 10
keluar dari ruang generator dan menyebabkan turbin berputar. Ketika air turun, udara bertiup dari luar ke dalam ruang generator dan memutar turbin kembali. Pasang surut air laut Bentuk lain dari pemanfaatan energi laut dinamakan energi pasang surut. Ketika pasang datang ke pantai, air pasang ditampung di dalam reservoir. Kemudian ketika air surut, air di belakang reservoir dapat dialirkan seperti pada PLTA biasa. Agar bekerja optimal, kita membutuhkan gelombang pasang yang besar dibutuhkan perbedaan kira-kira 16 kaki antara gelombang pasang dan gelombang surut. Memanfaatkan perbedaan temperatur air laut (Ocean Thermal Energy) Cara lain untuk membangkitkan listrik dengan ombak adalah dengan memanfaatkan perbedaan suhu di laut. Pembangkit listrik bisa dibangun dengan memanfaatkan perbedaan suhu sekurang-kurangnya 38 0 fahrenheit antara suhu permukaan dan suhu bawah laut untuk membangkitkan energi. Cara ini dinamakan Ocean Thermal Energy Conversion atau OTEC. 2.2.7 Prinsip kerja Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut Dalam sistem pembangkitan tenaga gelombang laut, ada beberapa peralatan penting yang sangat berperan mulai dari awal proses pembangkitan hingga tenaga listrik dihasilkan yang nantinya tenaga listrik tersebut akan disalurkan kepada para konsumen. Peralatan-peralatan tersebut adalah: a. Mesin konversi energi gelombang laut Berfungsi untuk menyalurkan energi kinetik yang dihasilkan oleh gelombang laut yang kemudian dialirkan ke turbin. b. Turbin Berfungsi untuk mengubah energi kinetic gelombang menjadi energi mekanik yang dihasilkan oleh perputaran rotor pada turbin. 11
c. Generator Di dalam generator ini energi mekanik dari turbin dirubah kembali menjadi energi listrik atau boleh dikatakan generator ini sebagai pembangkit tenaga listrik. Sistem pembangkitan pada pembangkit listrik tenaga gelombang ini dapat dijelaskan melalui skema di bawah ini. Gambar 2.3. Skema sistem Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Pertama aliran gelombang laut yang mempunyai energi kinetik masuk ke dalam mesin konversi energi gelombang. Kemudian dari mesin konversi aliran gelombang yang mempunyai energy kinetik ini dialirkan menuju turbin. Di dalam turbin ini, energi kinetik yang dihasilkan gelombang digunakan untuk memutar rotor. Kemudian dari perputaran rotor inilah energi mekanik yang kemudian disalurkan menuju generator. Di dalam generator, energi mekanik ini dirubah menjadi energi listrik. Dari generator ini, daya listrik yang dihasilkan dialirkan lagi menuju sistem tranmisi (beban) melalui kabel laut. Daya listrik yang disalurkan melalui kabel laut ini adalah daya listrik arus searah (DC). 2.2.8 Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut dengan Oscillating Water Column (OWC) Oscillating Water Column (OWC) adalah teknologi pembangkit listrik yang menggunakan tenaga gelombang laut sebagai penggerak turbinnya mengubah energi 12
gelombang laut menjadi energi listrik dengan menggunakan kolom osilasi. Alat OWC ini akan menangkap energi gelombang yang mengenai lubang pintu OWC, sehingga terjadi fluktuasi atau osilasi gerakan air dalam ruang OWC, kemudian tekanan udara ini akan menggerakkan baling-baling turbin yang dihubungkan dengan generator listrik sehingga menghasilkan listrik. Hal yang harus diperhatikan pada pembuatan ruang udara oscillating water column adalah karakteristik pada periode gelombang, tinggi gelombang, dan panjang gelombang pade iklim daerah terkait. Oscillating Water Column (OWC) terdiri dari dua jenis, yaitu OWC tidak terapung dan OWC terapung. A. OWC tidak terapung Instalasi OWC tidak terapung terdiri dari tiga bangunan utama, yakni saluran masukan air, reservoir (penampungan), dan pembangkit. Dari ketiga bangunan tersebut, unsur yang terpenting adalah pada tahap pemodifikasian bangunan saluran masukan air yang tampak berbentuk U, sebab ia bertujuan untuk menaikkan air laut ke reservoir. Berikut gambar OWC tidak terapung, Gambar 2.4 Oscillating Water Column (OWC) tidak terapung 13
B. OWC terapung Sama halnya dengan OWC tidak terapung, OWC terapung memiliki juga memiliki tiga bangunan utama, yaitu saluran masukan air, reservoir (penampungan), dan pembangkit. OWC terapung juga memiliki prinsip yang sama pada OWC tidak terapung, hanya saja peletakkannya yang berbeda. Gambar 2.5 Oscillating Water Column (OWC) terapung 2.3.8.1 Prinsip kerja Teknologi Oscilatting Water Column (OWC) Prinsip kerja alat OWC ini adalah mengubah energi gelombang laut menjadi energi listrik berdasarkan prinsip kerja kolom isolasi. Pada teknologi OWC ini, digunakan tekanan udara dari ruangan kedap air untuk menggerakkan turbin. Kemudian pergerakan turbin ini digunakan untuk menghasilkan energi listrik. Ruangan kedap air ini dipasang tetap dengan struktur bawah terbuka ke laut. Gelombang yang datang dari arah laut akan menabrak bangunan OWC, karena tumbukan gelombang air laut ini kemudian air laut yg terdapat pada bagian dalam 14
chamber OWC akan berisolasi naik dan turun sehingga menimbulkan peristiwa sedot dan hisap pada ruang kedap air atau kolom udara di atasnya (prinsip kerja pompa). Gambar 2.6 Gerakan Naik Turun Gelombang Laut Sumber: http://www.sciencedirect.com Al Hicks, NREL Gerakan gelombang di dalam ruangan ini merupakan gerakan compresses dan gerakan decompresses yang ada di atas tingkat air di dalam ruangan. Gerakan ini mengakibatkan timbulnya sebuah alternating streaming kecepatan tinggi dari udara. Aliran udara ini didorong melalui pipa ke turbin generator yang digunakan untuk menghasilkan listrik. Sistem OWC ini dapat ditempatkan permanen di pinggir pantai atau bisa juga ditempatkan di tengah laut. Pada sistem yang ditempatkan di tengah laut, tenaga listrik yang dihasilkan dialirkan menuju transmisi yang ada di daratan 15
menggunakan kabel laut. Berikut gambar sketsa pembangkit listrik tenaga gelombang laut dengan teknologi OWC yang diletakkan di tengah laut dan di pinggir pantai, Gambar 2.7 Sketsa OWC di tengah laut Sumber : http://www.plengdut.com/favicon.ico Gambar 2.8 Sketsa OWC di pinggir pantai 16
Sumber :http://www.plengdut.com/favicon.ico 2.3.8.2 Kerapatan energi yang dihasilkan PLTGL OWC Daya total dari gelombang pecah di garis pantai dunia diperkirakan mencapai 2 hingga 3 juta megawatt. Pada tempat-tempat tertentu dengan kondisi yang sesuai, kerapatan energi gelombang dapat mencapai harga rata-rata 65 megawatt per mil garis pantai. Dalam menghitung besarnya energi gelombang laut dengan metode oscilatting water column (OWC), hal yang pertama yang harus diketahui adalah ketersediaan akan energi gelombang laut. Total energi gelombang laut dapat diketahui dengan menjumlahkan besarnya energi kinetik dan energi potensial yang dihasilkan oleh gelombang laut tersebut. Energi potensial adalah energi yang ditimbulkan oleh posisi relatif atau konfigurasi gelombang laut pada suatu sistem fisik. Bentuk energi ini memiliki potensi untuk mengubah keadaan objek-objek lain di sekitarnya, contohnya, konfigurasi atau gerakannya. Besarnya energy potensial dari gelombang laut dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut (University of Michigan,2008): Dimana: m = wρg m : massa gelombang (kg) y(x, t) PE = m. g 2 (J) ρ : massa jenis air laut (kg/m3) w : lebar gelombang (m) (diasumsikan sama dengan luas chamber pada OWC) Y = y(x, t) = asin (kx ωt) Y : persamaan gelombang (diasumsikan gelombang sinusoidal). a = h 2 : amplitudo gelombang. h : ketinggian gelombang (m) k = 2π λ : konstanta gelombang 17
λ : panjang gelombang (m) ω = 2π T (rad/sec) : frekuensi gelombang. T : periode gelombang (sec) Maka persamaan energi potensial ini dapat ditulis sebagai berikut: PE = wρg y2 2 = wρg a2 2 sin2 (kx ωt) Selanjutnya dihitung besarnya energi potensial gelombang lebih dari 1 periode, diasumsikan bahwa gelombang hanya merupakan fungsi dari x terhadap waktu, sehingga didapatkan persamaan y(x,t) = y(x). Jadi didapatkan: dpe = 0, 5ωρga 2 sin 2 (kx ωt)dx Berdasarkan persamaan K = 2π λ dan = 2π T, maka didapatkan persamaan : PE = 1 4 ωρga2 λ Besarnya energi kinetik lebih dari 1 periode adalah sebanding dengan besarnya energi potensial yang dihasilkan. PE = 1 4 ωρga2 λ (J) Dimana energi kinetik adalah bagian energi yang berhubungan dengan gerakan dari gelombang laut. Setelah besarnya energi potensial dan energi kinetik diketahui, maka dapat dihitung total energi yang dihasilkan selama lebih dari 1 periode dapat dicari dengan menggunakan persamaan: Ew = PE + KE = 1 2 ωρga2 λ Total energi yang dimaksud disini adalah jumlah besarnya energi yang dihasilkan gelombang laut yang didapatkan melalui penjumlahan energi potensial dan energi kinetik yang dimilikinya. Melalui persamaan di atas, maka dapat dihitung besarnya energy density (EWD), daya listrik (PW), dan power density (PWD) yang dihasilkan gelombang laut. Untuk menetukan besarnya energy density (EWD) yang dihasilkan gelombang laut digunakan persamaan berikut ini. 18
E WD = Ew λω = 1 2 ρga2 ( J m 2) Energy density adalah besarnya kerapatan energy yang dihasilkan gelombang laut tiap 1 satuan luas permukaan. Untuk menentukan besarnya daya listrik (PW) yang dihasilkan gelombang laut digunakan persamaan berikut ini. P W = Ew T (W) Dimana wave power adalah besarnya daya listrik yang mampu dihasilkan oleh gelombang laut. Untuk menetukan besarnya power density (PWD) yang dihasilkan gelombang laut digunakan persamaan berikut ini. P WD = P W λω = 1 2T ρga2 (W/m 2 ) 2.2.8.3 Penentuan Lokasi PLTGL_OWC Untuk menentukan lokasi PLTGL system OWC adda beberapa hal yang perlu dipertimbangkan, antara lain : a. Tinggi Gelombang Laut Tinggi gelombang yang dimanfaatkan untuk PLTGL sistem ini adalah gelombang yang selalu terbentuk sepanjang tahun dengan tinggi minimal satu sampai dua meter. Gelombang yang sesuai dengan kriteria ini adalah gelombang Swell yang cenderung mengandung energi yang besar. b. Arah Datang Gelombang Mulut konektor harus sesuai dengan arah datang gelombang, jika tidak searah maka energi gelombang yang masuk akan berkurang. Hal ini disebabkan banyaknya energi yang hilang akibat sifat refleksi, difraksi maupun refraksi pada gelombang. c. Keadaan Topografi Lautan 19
Optimalisasi dari suatu desain PLGL system OWC tergantung pada topografi kelautan atau barimetri di sekitar lokasi. Apabila kondisi dasar lautan atau permukaannya kurang memenuhi persyaratan maka akan dilakukan pengerukan atau penambahan. 2.2.8.4 Skema PLTGL-OWC Contoh skema pembangkit listrik tenaga gelombang laut dengan teknologi oscilatting water column ini ditempatkan di tengah laut dan dibuat di atas sebuah ponton yang dipancangkan di dasar laut menggunakan kawat baja. Listrik yang dihasilkan dialirkan melalui kabel transmisi menuju ke daratan. Gambar 2.9 Skema oscilatting water column Sumber : Graw, 1996 Sistem pembangkit listrik ini terdiri dari chamber berisi udara yang berfungsi untuk menggerakkan turbin, kolom tempat air bergerak naik dan turun melalui saluran yang berada di bawah ponton dan turbin yang terhubung dengan generator. Gerakan air naik dan turun yang seiring dengan gelombang laut menyebabkan udara mengalir melalui saluran menuju turbin. 20
Sistem yang berfungsi mengkonversi energi mekanik menjadi listrik ( turbin, generator) diletakkan di atas permukaan laut dan terisolasi dari air laut dengan meletakkannya di dalam ruang khusus kedap air, sehingga bisa dipastikan tidak bersentuhan dengan air laut. Dengan sistem seperti ini, pembangkit listrik bisa memanfaatkan efisiensi optimal dari energi gelombang dengan meminimalisir gelombang-gelombang yang ekstrim. Efisiensi optimal bisa didapat ketika gelombang dalam kondisi normal. Skema pergerakan gelombang laut dengan oscilating water column (OWC) terdiri dari 2 jenis aliran, yaitu aliran udara masuk dan aliran udara keluar. Katub C Ruang X Katub A Katub D Turbin Ruang Y Katub B Gambar 2.10 Skema pergerakan gelombang laut pada oscilatting water column 21
Dari gambar 2.10 terlihat bahwa skema pergerakan gelombang laut dalam OWC terdiri dari 2 jenis aliran udara, yaitu: Aliran udara keluar Pada aliran udara keluar ini, skema pergerakan gelombang laut dapat dijelaskan sebagai berikut: pertama diawali dari naiknya permukaan gelombang laut sehingga menyebabkan udara di dalam chamber bergerak naik karena ada tekanan dari gelombang laut. Kemudian udara tersebut masuk melewati katub A menuju ke ruangan X. Setelah itu udara ini mengalir menuju ruangan Y, dimana aliran udara ini menyebabkan turbin berputar. Pada proses ini, energi kinetik yang dihasilkan oleh perputaran turbin dikopel dengan generator sehingga menghasilkan energi listrik. Kemudian setelah melewati turbin, udara bertekanan ini mengalir melewati katub D dan selanjutnya mengalir keluar dari OWC. Aliran udara masuk Pada aliran udara masuk ini, skema pergerakan gelombang laut dapat dijelaskan sebagai berikut: pertama diawali dari turunnya permukaan gelombang laut sehingga menyebabkan udara dari luar masuk melewati katub C. Kemudian udara tersebut masuk melewati katub C menuju ke ruangan X. Setelah itu udara bertekanan ini mengalir menuju ruangan Y, dimana aliran udara bertekanan ini menyebabkan turbin berputar. Pada proses ini, energi kinetik yang dihasilkan oleh perputaran turbin dikopel dengan generator sehingga menghasilkan energi listrik. Kemudian setelah melewati turbin, udara bertekanan ini mengalir melewati katub B dan selanjutnya mengalir menuju kedalam chamber diikuti dengan turunnya permukaan air laut. 22
2.2.9 Potensi dan Perkembangan PLTGL-OWC di dunia dan Indonesia Sedangkan potensial gelombang untuk membuat OWC ini harus merupakan daerah yang memiliki potensial gelombang cukup tinggi. Perhatikan gambar pemetaan gelombang untuk beberapa daerah pesisir berikut:. Gambar 2.11 Daerah Potensi Gelombang untuk OWC Sumber : BPPT Pemerintah Jerman merancang pilot project pembangkit listrik tenaga gelombang. Pembangkit listrik tenaga gelombang laut (PLTGL) yang telah berjalan adalah PLTGL Limpet dikelola oleh Wavegen, anak perusahaan Vorth Siemen yang berbasis di Inggris. PLTGL Limpet mampu memproduksi listrik 500 kwh. Pembangkit tersebut menggunakan teknologi Oscillating Water Column (OWC) yang mengubah 23
energi gelombang menjadi udara pendorong untuk menggerakan turbin. Sementara itu, PLTGL yang di Jerman akan memiliki kapasitas 250 kwh. Dengan kapasitas tersebut, PLTGL tersebut dapat mengaliri listrik ke 120 rumah. Pemerintah Jerman berharap pembangunan PLTGL tersebut tidak mengganggu lingkungan sekitar pantai. Oleh karena itu, EnBW menjalin kerja sama dengan proyek konservasi pantai agar pembanguan PLTGL tidak merusak keindahan alam daerah sepanjang pantai. Pembangkit listrik gelombang laut komersial juga dikembangkan di Negeri Kanguru. Pusat PLTGL itu terletak di lepas pantai Australia. Pembangkit dengan terobosan teknologi yang masih langka itu telah memasok kebutuhan listrik sekitar 500 rumah yang berada di daerah Selatan Sydney, Australia. Listrik baru bisa dihasilkan PLTGL jika gelombang laut datang menerpa corong yang menghadap ke lautan. Gerakan tersebut mengalirkan udara melalui dan masuk menggerakan turbin. Dari putaran turbin tersebut, sebanyak 500 kwh daya listrik dihasilkan setiap hari dan langsung disalurkan ke rumah-rumah. Pusat PLTGL yang di Australia merupakan proyek percontohan. Pemerintah Australia berencana membangun PLTGL yang lebih besar dan menghasilkan listrik lebih kuat di pantai selatan Australia. Dengan pembangunan PLTGL, para ahli teknologi PLGL Australia pun mendapat kebanjiran order untuk membangunan PLTGL di beberapa negara. Hawai, Spanyol, Afrika Selatan, Cile, Meksiko, dan Amerika Serikat juga tertarik. Gambar 2.12 Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang-OWC di Australia 24
Indonesia memiliki garis pantai terpanjang kedua setelah Norwegia. Sehingga Energi gelombang laut di pantai tersebut digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik, seperti saat ini telah didirikan sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (PLTGL) di Yogyakarta, yaitu model Oscillating Water Column. Tujuan didirikannya PLTGL ini adalah untuk memberikan model sumber energi alternatif yang ketersediaan sumbernya cukup melimpah di wilayah perairan pantai Indonesia. Yogyakarta merupakan daerah di Indonesia yang memiliki potensi gelombang laut terbesar dibanding daerah lainnya. Pantai Selatan di daerah Yogyakarta memiliki potensi gelombang 19 kw/panjang gelombang. Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut di daerah Yogyakarta dikembangkan oleh BPPT khususnya BPDP (Balai Pengkajian Dinamika Pantai). Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut ini menggunakan metode OWC (Ocillating Water Column). BPDP BPPT pada tahun 2004 telah berhasil membangun prototype OWC pertama di Indonesia. Prototype itu dibangun di pantai Parang Racuk, Baron, Gunung Kidul. Prototype OWC yang dibangun adalah OWC dengan dinding tegak. Luas bersih chamber 3m x 3m. Tinggi sampai pangkal dinding miring 4 meter, tinggi dinding miring 2 meter sampai ke ducting, tinggi ducting 2 meter. Prototype OWC 2004 ini setelah di uji coba operasional memiliki efisiensi 11%. Pada tahun 2006 ini pihak BPDP BPPT kembali membangun OWC dengan sistem Limpet di pantai Parang Racuk, Baron, Gunung Kidul. OWC Limpet dibangun berdampingan dengan OWC 2004 tetapi dengan model yang berbeda. 25
Gambar 2.13 Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang-OWC di Pantai Parang Racuk, Gunung Kidul-Yogyakarta Gambar 2.14 Potensi Gelombang di Indonesia Sumber : Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi Kelautan Jika kita perhatikan pada peta potensial gelombang tersebut, Indonesia memiliki potensial yang cukup besar terutama di daerah selatan pulau Jawa. Perkiraan rata-rata mingguan tinggi gelombang wilayah Indonesia lihat table, sebagai berikut : 26
Tabel 2 Perkiraan rata-rata mingguan tinggi gelombang wilayah Indonesia Sumber : BMKG 2010 2.2.10 Keuntungan dan Kerugian Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut Adapun keuntungan dan kerugian dalam penggunaan Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut dengan Teknologi Oscillating Water Column (OWC) adalah sebagai berikut : A. Keuntungan Sumber energi yang dapat diperbaharui Sebagai mitigasi bencana tsunami (gelombang pasang ) Meminimalisir abrasi air laut Pengembangan iptek (mampu bersaing dengan era globalisasi ) Meningkatkan kesejahtraan rakyat banyak (konsumen ) Energi ini bebas, tidak perlu bahan bakar, tidak ada limbah/polusi Efisiensi cukup tinggi Biaya tidak mahal B. Kerugian 27
Sangat tergantung dengan karakteristik gelombang Perlu satu lokasi yang tepat dimana gelombangnya konsisten besar. Alatnya harus kokoh sehingga tahan terhadap kondisi cuaca yang buruk Membutuhkan alat konversi yang handal yang mampu bertahan tingginya tingkat korosi dan kuatnya gelombang laut. BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Dari pembahasan di atas, dapat disimpulkan bahwa : 1. Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut adalah pembangkit yang memanfaatkan energi mekanik dari gelombang laut menjadi energi listrik. 2. Komponen dasar pada Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut adalah mesin konversi energi gelombang laut, turbin, generator. 3. Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut dengan Teknologi Oscillating Water Column (OWC) adalah teknologi pembangkit listrik yang menggunakan tenaga gelombang laut sebagai penggerak turbinnya mengubah energi gelombang laut menjadi energi listrik dengan menggunakan kolom osilasi. 4. Teknologi Oscillating Water Column (OWC) terdiri dari 2 jenis, yaitu OWC tidak terapung dan OWC terapung, dengan perbedaan pada peletakkannya. 28
5. Penentuan Lokasi PLTGL-OWC perlu mempertimbangkan mengenai tinggi gelombang laut, arah datang gelombang, keadaan topografi lautan. 6. Keuntungan Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut, antara lain sumber energi yang dapat diperbaharui, sebagai mitigasi bencana tsunami (gelombang pasang), meminimalisir abrasi air laut, pengembangan iptek (mampu bersaing dengan era globalisasi), meningkatkan kesejahtraan rakyat banyak (konsumen), energi ini bebas, tidak perlu bahan bakar, tidak ada limbah/polusi, efisiensi cukup tinggi, biaya tidak mahal. 7. Kerugian Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut, antara lain sangat tergantung dengan karakteristik gelombang, perlu satu lokasi yang tepat dimana gelombangnya konsisten besar, alatnya harus kokoh sehingga tahan terhadap kondisi cuaca yang buruk, membutuhkan alat konversi yang handal yang mampu bertahan tingginya tingkat korosi dan kuatnya gelombang laut. 8. Perkembangan dan potensi Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut di dunia maupun di Inddonesia sangat besar, sebab lebih dari 70% bagian permukaan bumi adalah lautan. Selain itu, Indonesia sendiri adalah Negara kepulauan terbesar di dunia. 3.2 Saran Diharapkan dengan potensi gelombang laut yang sangat besar, Indonesia dapat memanfaatkan secara optimal dengan penelitian lebih lanjut mengenai pemanfaatan yang energi gelombang air laut. Sehingga mengurangi pemakaian bahan bakar fosil yang semakin hari semakin habis dan harga yang terus melambung tinggi. Selain itu, ini merupakan salah satu upaya dalam mengurangi efek rumah kaca akibat emisi gas dari bahan bakar fosil (global warming). 29
DAFTAR PUSTAKA o o o o Pudjanarsa, A. 2006. Mesin Konversi Energi. Yogyakarta : ANDI. Waldopo, dkk. 2008. Perairan Darat dan Laut. Semarang Navarro, D, dkk. 2007. California Ocean Wave Assessment. California : Electric Power Research Institute. Kadir, A.1997. Pembangkit Tenaga Listrik. Jakarta : Universitas Indonesia. o Wijaya, I.W.2010. Teknologi Oscillating Water Column di Perairan Bali. Bali : Universitas Udayana. o Nawawi,R.A.2011. Pembangkit Tenaga Listrik Tenaga Gelombang Laut (online). (http://rendyafriansyah132.wordpress.com/divisi-elektro/09/11/pembangkit-listrik tenaga-gelombang-laut/, diakses 06 Juni 2013). o Niken.2009. Pembangkit Listrik Tenaga Ombak (online). (http://niken11.wordpress.com/2009/09/11/pembangkit-listrik-tenaga-ombak/, diakses 06 Juni 2013). 30