potensi energi angin di kabupaten serdang bedagai, provinsi

Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan
Vol. 14 No. 1 Juni 2015 : 15 - 28
ISSN 1978-2365
POTENSI ENERGI ANGIN DI KABUPATEN SERDANG BEDAGAI,
PROVINSI SUMATERA UTARA
THE WIND ENERGY POTENCY IN SERDANG BEDAGAI,
NORTH SUMATERA
Dian G. Cendrawati, Hari Soekarno, Syaiful Nasution
Puslitbangtek Ketenagalistrikan, Energi Baru, Terbarukan dan Konservasi Energi
Jl.Ciledug Raya Kav 109, Cipulir, Kebayoran Lama, Jakarta Selatan
[email protected]
Abstrak
Pemanfaatan energi terbarukan setempat mendapat tempat tersendiri di dalam cetak biru
pemerintah daerah. Jika hal tersebut diimplementasikan maka harus didukung oleh ketersediaan
data beserta analisa kelayakannya. Namun di sisi lain keterbatasan sumber daya manusia
seringkali menghambat pemenuhan akan kebutuhan ini. Tujuan dari kegiatan penelitian ini adalah
memberikan analisa mengenai potensi energi angin di daerah Serdang Bedagai, Provinsi Sumatra
Utara. Penentuan titik lokasi pengukuran kecepatan dan arah angin dilakukan di Desa Sentang,
Kecamatan Teluk Mengkudu, Kabupaten Serdang Bedagai pada koordinat 030 33.902 N dan 0990
07.775 E. Pengukuran dilakukan selama 12 bulan dengan waktu sampling rata-rata setiap 10
menit-an, pada ketinggian alat ukur 20m, 30m dan 50m. Data kemudian di ekstrak dengan
menggunakan perangkat lunak NOMAD Desktop sebagai analisa statistikal dan kemudian
dilakukan simulasi modeling dengan menggunakan perangkat lunak WAsP sebagai ekstrapolasi
horisontal sejauh radius 10 km untuk mengetahui potensi energi angin. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa potensi energi angin yang dipunyai oleh Kabupaten Serdang Bedagai adalah
26 - 38 watt/m2.
Kata kunci: potensi energi angin, serdang bedagai, kecepatan rata-rata angin
Abstract
The usage of renewable energy resources has declared in the blue print of its local government
policy. It must be supported by reliable data and the feasibility study of them, but the human resources competency reach the limitation for the demand growing. This research gives analysis for
the wind energy potency in Serdang Bedagai, North Sumatera. The met mast had been located in
the Sentang village, Teluk Mengkudu, by coordinat 030 33.902 N and 0990 07.775 E. The
measurement has been done for 12 months with 10 minutes mean sampling time at 20m, 30m, and
50m height. By using NOMAD Desktop software, the datas will be shown in the statistical
graphs. The modelling has been proceed by WAsP software and give us horizontal extrapoplation
in the 10 km radius from the met mast for the wind energy potency. It shows that Serdang Bedagai
has power density in the range of 26 - 38 watt/m2.
Keywords: wind energy potency, serdang bedagai, mean wind speed
Diterima : 10 Juni 2014, direvisi : 16 Februari 2015, disetujui terbit : 28 Mei 2015
15
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan
Vol. 14 No. 1 Juni 2015 : 31 - 44
masyarakat terhadap energi yang masih rendah
PENDAHULUAN
Kebutuhan
energi
di
Indonesia
khususnya dan di dunia pada umumnya terus
meningkat. Pola peningkatan tersebut dipengaruhi
oleh
pertumbuhan
pertambahan
ekonomi dan pola
penduduk,
konsumsi
energi masyarakat yang belum mempertimbangkan penghematan pemakaian energi.
Di sisi lain, ketersediaan energi fosil yang selama ini menjadi sumber energi utama semakin
menipis.[1]
Energi
angin
merupakan salah satu
energi terbarukan yang berkembang pesat di
dunia. Pemanfaatan energi angin yang telah
dijumpai antara lain: untuk pemompaan air
dalam sistem
irigasi,
pembangkit
listrik,
pengering, aerasi tambak ikan/udang dan lainlain. Pemanfaatan energi angin dapat dilakukan
diberbagai wilayah, baik di area landai maupun
dataran tinggi, bahkan dapat diterapkan di laut.
[3]
Berdasarkan data Global Wind Energy
Council
(GWEC),
kapasitas
terpasang
Pembangkit Listrik Tenaga Angin di dunia
tahun 2010 sebesar 194,4 GW, jauh meningkat
dibandingkan tahun 1996 yang baru sebesar
6,1 GW.[5] Sementara itu, pemanfaatan energi
angin di Indonesia belum mendapat perhatian.
Berdasarkan
data
Ditjen
EBTKE
tahun
2012, total kapasitas terpasang dalam sistem
konversi angin baru sebesar 2,731 MW.
[6]
Hal
ini karena beberapa kendala; seperti: karena
sering dianggap belum kompetitif dibandingkan energi fosil, belum tersedianya data
potensi sumber daya yang lengkap, masih
terbatasnya kajian/studi yang dilakukan, akses
16
dan masih kurangnya peranan pemerintah.
Pada dasarnya, angin terjadi karena
perbedaan suhu antara udara panas dan udara
dingin. Di daerah khatulistiwa, udara menjadi
panas dan mengembang menjadi ringan, naik
ke atas dan bergerak ke arah yang lebih dingin.
Sebaliknya, di daerah kutub yang dingin, udara
menjadi
dingin
dan
turun
ke
bawah.
Akibatnya, terjadi perputaran udara oleh perpindahan udara dari kutub utara ke garis katulistiwa menyusuri permukaan bumi dan, sebaliknya, terjadi perpindahan udara dari khatulistiwa kembali ke kutub utara, melalui lapisan
udara yang lebih tinggi. [3]
Walaupun pemanfaatan energi angin
dapat dilakukan dimana saja, daerah-daerah
yang memiliki potensi angin yang tinggi tetap
perlu diidentifikasi agar pemanfaatan energi
angin lebih kompetitif dibandingkan dengan
energi alternatif lainnya.
[6]
Data akurat
mengenai potensi energi angin di lokasi target
merupakan salah satu faktor penting untuk
dapat memanfaatkan sumber energi angin
secara ekonomis dan efisien, mengingat angin
adalah gejala alam yang berfluktuasi. Data
penting yang dibutuhkan meliputi kecepatan
dan arah angin pada lokasi target selama
jangka waktu minimal 1 tahun serta data metereologi daerah sekitar. Tujuan dari kegiatan
penelitian ini adalah memberikan analisa
mengenai potensi energi angin di daerah
Serdang Bedagai, Provinsi Sumatra Utara berdasarkan hasil pengukuran kecepatan angina
pada ketinggian 20m, 30m dan 50m selama 12
bulan.
Potensi Energi Angin di Kabupaten Serdang Bedagai, Provinsi Sumatra Utara
Kondisi Umum Kabupaten Serdang Bedagai
Peta kabupaten Serdang Bedagai ditunjukkan pada Gambar 1. Serdang Bedagai
terletak pada ketinggian hingga 500 meter dari
permukaan laut, dengan iklim tropis dimana
kondisi
iklimnya
hampir
sama
dengan
Kabupaten Deli Serdang sebagai kabupaten
induk. Pengamatan Stasiun Sampali menunjukkan rata-rata kelembapan udara per bulan sekitar 84%, curah hujan berkisar antara 30 sampai
dengan 340 mm perbulan dengan periodik
tertinggi pada
bulan Agustus - September,
hari hujan per bulan berkisar 8-26 hari dengan
periode hari hujan yang besar pada bulan Agutus-September.
Rata-rata
kecepatan
angin
berkisar 1,9 m/dt dengan tingkat penguapan
sekitar 3,47 mm/hari. Temperatur udara perbulan minimum 23,70C dan maksimum 32,20C
Kemampuan sektor industri pengolahan,
pertanian, perdanganan, hotel dan restoran
sebagai sektor unggulan Kabupaten Serdang
Bedagai menjadi penyumbang terbesar Produk
Domestik Regional Bruto (PDRB). Seiring
dengan
meningkatnya
kesejahteraan
masyarakat, kualitas hidup masyarakat juga
PLTU dan Gas yang terpasang di Pembangkit
Listrik Sicanang Medan dan melalui jalur
interkoneksi ekstra tegangan tinggi Sumatera
Utara untuk pelayanan Kabupaten Serdang
Bedagai. Pelanggan listrik yang terdapat di
Kabupaten Serdang Bedagai terdiri dari rumah
tangga, industri, perkantoran, badan sosial/
tempat ibadah, dan usaha lainnya. Jumlah
pelangan listrik di Kabupaten Serdang Bedagai
sebanyak 93.202, pelanggan terbesar adalah
rumah tangga dengan jumlah 87.974 rumah
tangga, bila di lihat jumlah rumah tangga yang
terdapat di Kabupaten Serdang Bedagai sebesar
150.543 rumah tangga maka belum seluruhnya
terlayani baru sekitar 71%.[4]
DASAR TEORI
Rapat
daya
angin (Wind
Power
Density = WPD) merupakan indikasi awal dari
potensi energi angin di suatu daerah dibandingkan dengan kecepatan angin. Nilai WPD sangat
dipengaruhi oleh distribusi kecepatan angin,
densitas
udara dan kecepatan angin. WPD
didefinisikan sebagai energi angin tersedia
dibagi dengan luas sapuan blade turbin. [3]
mengalami peningkatan yang tergambar dalam
pencapaian Indeks Pembangunan Manusia
(IPM)
pada
tahun
2011
sebesar
73,25
meningkat menjadi 73,64 di tahun 2012.
Dimana n adalah kuantitas data terekam dalam
Kebutuhan listrik di Kabupaten Serdang
Bedagai bersumber dari PLN, Listrik Diesel
jarak waktu tertentu, ρ adalah densitas udara
dan v adalah kecepatan angin rata-rata.
dan listrik yang dikelola oleh swasta. Kapasitas
listrik terpasang tahun 2010 sebesar 79.169 kW
dan kapasitas terpakai sebesar 32.831 kW.
Sumber tenaga pembangkit bersumber dari
Apabila
ketinggian
alat
ukur
(anemometer) kecepatan rata-rata angin tidak
sama dengan ketinggian desain turbin maka
17
Gambar 1. Peta Kabupaten Serdang Bedaga[4]
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan
Vol. 14 No. 1 Juni 2015 : 31 - 44
18
Potensi Energi Angin di Kabupaten Serdang Bedagai, Provinsi Sumatra Utara
diperlukan perhitungan ekstrapolasi kecepatan
ukur dimulai dengan survei sesaat. Titik
rata-rata angin disesuaikan dengan ketinggian
pengukuran ditentukan berdasarkan informasi
yang diinginkan. Rumus yang digunakan untuk
masyarakat sekitar tentang kualitas angin yang
ekstrapolasi data angin yang tersedia sesuai
besar dan diskusi dengan Pemkab untuk
dengan ketinggan turbin adalah
selanjutnya dilaksanakan pengukuran sesaat.
Hasil diskusi memberikan rekomendasi lokasi
pengukuran sesaat angin, yaitu :Desa Bagan
Kuala, Kec. Tanjung Beringin; Desa Sentang,
Kec. Teluk Mengkudu ; dan Desa Pantai
Dimana vh adalah kecepatan rata-rata pada
ketinggian turbin, vref adalah kecepatan angin
rata-rata pada ketinggian alat ukur anemometer. Hh adalah tinggi turbin dan Href adalah
tinggi alat ukur anemometer
Untuk potensi daya energi angin dapat
di hitung dengan rumus
Cermin, Kec. Pantai Cemin.
Gambar 2. Lokasi pengukuran kecepatan angin
di Kabupaten Serdang Bedagai (kurang lebih
140 km timur laut danau Toba)
Dengan
mempertimbangkan
kondisi
topologi, kemudahan akses, dan pengawasan,
Desa Sentang Kecamatan Teluk Mengkudu
3
P = ½.r.A.v .Ef
Dimana P adalah daya (W), r adalah kerapatan
udara (1.2 kg/m3), A adalah luas sapuan baling
-baling (m2), v adalah kecepatan angin (m/s)
dan Ef adalah efisiensi total sistem konversi
energi angin (maksimum 45%).[2]
METODOLOGI
Penelitian dilakukan dengan melalui tahapan
sekunder untuk angin,
Kabupaten Serdang Bedagai pada koordinat
terrain dan lingkungan, pengumpulan data
(030 33.902 N; 0990 07.775 E) dipilih sebagai
primer profil kecepatan angin diperoleh dari
lokasi menara ukur kecepatan angin (met
menara ukur kecepatan angin setinggi 50 m
mast). Selanjutnya dilakukan pengukuran data
dimana anemometer terpasang pada ketinggian
kecepatan dan arah angin selama 12 bulan
20 meter, 30 meter dan 50 meter, dan vane
(Nopember 2012-Oktober 2013) dengan waktu
pada ketinggian 20 meter dan melakukan ana-
sampling rata-rata setiap 10 menit-an. Data
lisis data dari profil angin hasil pengukuran.[2]
terekam selanjutnya akan diolah dengan
pengumpulan
data
Pelaksanaan kegiatan lapangan dalam
rangka mencari lokasi pemasangan menara
menggunakan
software
Nomad
Desktop
sehingga akan menghasilkan data statistik.
19
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan
Vol. 14 No. 1 Juni 2015 : 31 - 44
Gambar 3. Kurva distribusi kecepatan angin pada ketinggian 20m, 30m dan 50m
di Desa Sentang (gambar sesuai urutan dari atas ke bawah)
20
Potensi Energi Angin di Kabupaten Serdang Bedagai, Provinsi Sumatra Utara
Profil statistik dari kecepatan dan arah angin
m kecepatan 3–4 m/s sebanyak 2933,7 jam
selanjutnya dapat disajikan dalam bentuk
atau 32,4% dari periode pengukuran.
grafik sesuai kebutuhan. Analisa dengan
mensimulasikan data dalam bentuk modeling
untuk ektraspolasi horisontal dari titik lokasi
menara ukur dapat dilakukan sejauh radius 10
km dengan menggunakan software WAsP.
Dengan memasukkan parameter data angin
(data hasil pengukuran kontinu selama 12
bulan berurutan), peta vektor (topologi) dan
peta roughness (penentuan jenis roughness)
maka akan didapat peta sebaran kecepatan
angin pada ketinggian tertentu, distribusi arah
angin rata-rata pada ketinggan tertentu dan
rapat daya angin (wind power density).
hasil
pengukuran
yang
15 Nopember 2013, diperoleh data yang
digambarkan dalam bentuk kurva distribusi
terlihat
Gambar
3. Total
memperlihatkan
rose
arah
(gambar
angin
4)
dan
probabilitasnya. Arah angin dominan datang
dari Barat Daya (SW, 13.6%), sedangkan
frekueensi angin terkecil datang dari arah
Timur Tenggara (ESE: 1,4%). Arah dominan
ini sangat diperlukan saat micrositting atau
penempatan arah turbin sehingga bilah rotor
turbin akan optimal dalam menangkap angin.
Gambar 5 memperlihatkan kecepatan
angin harian dalam periode waktu interval 24
jam. Kecepatan rata–rata harian tertinggi
WIB pada ketinggian alat ukur 20 m.
dilaksanakan mulai 6 Nopember 2012 hingga
seperti
wind
terjadi antara pukul 13.00 sampai pukul 18.00
PEMBAHASAN DAN ANALISA
Dari
Pola
waktu
pengukuran adalah 9045 jam. Kurva distribusi
kecepatan angin rata-rata di Desa Sentang
memperlihatkan kecepatan angin tercatat yang
mulai dari 0 m/s sampai 12 m/s. Kecepatan
angin angin diatas 10 m/s hingga maksimum
12 m/s hanya terjadi selama 0,83 jam atau
0,1%. Kecepatan angin yang paling banyak
Sedangkan pada ketinggian alat ukur 30 m
kecepatan rata-rata harian tertinggi terjadi pada
pukul 12.00 hingga 18.00 dan untuk alat ukur
pada ketinggian 50 m memberikan data bahwa
kecepatan rata-rata harian tertinggi terjadi pada
pukul 12.00 hingga 19.00 dan kecepatan di jam
lain hampir merata. Ini memperlihatkan pola
bahwa semakin tinggi alat ukur berada maka
hampir bisa dikatakan kecepatan angin akan
cenderung konstan sesuai angin rata-ratanya,
dikarenakan semakin berkurangnya faktor
turbulensi udara.
frekuensi terjadinya adalah kecepatan rata-rata
Berdasarkan grafik seperti yang terlihat
sebesar 3-4m/s. Untuk di ketinggian alat ukur
pada Gambar 6 bahwa kecepatan rata-rata
20 m kecepatan 3-4 m/s sebanyak 1532,67 jam
angin harian untuk kurun waktu 6 Nopember
atau 16,9% periode pengukuran, untuk di
2012 hingga 15 Nopember 2013 adalah
ketinggian alat ukur 30 m kecepatan 3– 4m/s
kecepatan rata-rata angin harian 2,57 m/s; 3,15
sebanyak 2963 jam atau 32,7% dari periode
m/s dan 3,25 m/s pada ketinggian pada
pengukuran dan untuk ketinggian alat ukur 50
ketinggian 20m, 30m dan 50 m di atas
21
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan
Vol. 14 No. 1 Juni 2015 : 31 - 44
Gambar 4. Wind rose arah angin Desa Sentang
Gambar 5. Kecepatan angin harian di Desa Sentang dalam periode waktu interval 24 jam
(gambar sesuai urutan dari atas ke bawah)
22
Potensi Energi Angin di Kabupaten Serdang Bedagai, Provinsi Sumatra Utara
Gambar 6. Kecepatan rata-rata angin harian pada ketinggian 20m, 30m dan 50m (gambar sesuai
urutan dari atas ke bawah)
23
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan
Vol. 14 No. 1 Juni 2015 : 31 - 44
Gambar 7. Hasil simulasi kecepatan angin pada ketinggian 20m, 30 m dan 50m
(gambar sesuai urutan dari atas ke bawah)
24
Potensi Energi Angin di Kabupaten Serdang Bedagai, Provinsi Sumatra Utara
Gambar 8. Contoh hasil simulasi modeling untuk rapat daya ngin pada ketinggian 20 m
25
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan
Vol. 14 No. 1 Juni 2015 : 31 - 44
Gambar 9. Grafik Daya Turbin Angin
DS-700
(telah berkorespondensi dengan manufaktur produsennya)
permukaan tanah. Hal tersebut menunjukkan
Berdasarkan simulasi modeling yang
bahwa kecepatan rata-rata angin di daerah
dilakukan diperoleh nilai kecepatan rata-rata
Serdang Bedagai relatif kecil (kurang dari
angin untuk masing-masing ketinggian 20m,
3,5m/s). Tidak terlihat adanya turbulensi yang
30m dan 50m adalah sebesar 2,57 m/s; 3,15 m/
signifikan dalam kurun waktu pengukuran.
s dan 3,25 m/s dan rapat daya untuk masing-
Data hilang (tidak terekam) terjadi selama 7
masing ketinggian 20m, 30m dan 50m adalah
hari di bulan Juni 2013 akan tetapi pengaruh
sebesar 26 watt/m2 , 35 watt/m2 dan 38 watt/
secara keseluruhan terhadap hasil pengolahan
m2.
data dikarenakan prosentasenya tidak lebih
dari 1% dari kuantitas data yang diperoleh.
Ekstrapolasi kecepatan angin dalam
radius 10 km dari menara ukur dapat
disimulasikan dengan menggunakan software
modelling
sehingga
diperoleh
sebaran
kecepatan rata-rata angin seperti terlihat pada
gambar 7. Ekstrapolasi dilakukan untuk setiap
data hasil pengukuran pada ketinggian 20 m,
30 m, dan 50 m.
26
Dengan
kecepatan
rata-rata
angin
kurang dari 4 m/s maka wilayah kabupaten
Serdang Bedagai mempunyai probabilitas
keberhasilan
30%
untuk
pengembangan
pembangkit listrik energi angin.
Sebagai
contoh
apabila
digunakan
turbin angin mikro 700 W yang mempunyai
grafik power curve seperti terlihat pada
Gambar 7. [7]
Potensi Energi Angin di Kabupaten Serdang Bedagai, Provinsi Sumatra Utara
Pada
kecepatan
3-4
m/s
dengan
dikembangkan pemanfaatannya sebagai
frekuensi 30% untuk jenis turbin angin ini
PLT Angin.
hanya akan menghasilkan daya kurang dari
100 W, belum termasuk rugi-rugi (losses) dan
DAFTAR PUSTAKA
efisiensi turbin angin 20%. Sehingga kurang
[1].
tepat
(tidak
feasible)
untuk
dibangun
tisitas Energi 2012, ISBN 978–979–
pembangit listrik tenaga angin.
3733–57–9, Edisi Pertama, Nopember
2012, Penerbit BPPT.
KESIMPULAN DAN SARAN

Kecepatan rata-rata angin (nilai tengah
[2].
J.F. Manwell, J.G. McGowan and A.L.
Rogers, 2002, Wind Energy Explained:
“Theory, Design & Application, John
Wiley & Sons Ltd.
[3].
Bin W et all, 2011, Power Conversion
and Control of Wind Energy Systems,
Wiley-IEEE Press; 1 edition.
[4].
Tim Penyusun, 2012, Serdang Bedagai
Dalam Angka 2011, Badan Pusat
Statistik Serdang Bedagai, Sumatera
Utara.
[5].
World Wind Energy Association, http://
www.wwindea.org/technology/ch02/
en/2_4_1.htm. Di akses pada 21 Mei
2014.
[6].
Direktorat Jenderal Ketenagalistrikan—
Kementrian ESDM, 2013, Statistik
Ketenagalistrikan 2013, Penerbit Ditjen
Ketenagalistrikan.
[7].
http://www.hi-vawt.com.tw/en/
ds700w.htm diakses pada 21 Mei 2014.
distribusi kecepatan) di Desa Sentang
Kecamatan Teluk Mengkudu sebesar
dengan kecepatan angin rata–rata 2,57
m/s; 3,15 m/s dan 3,25 m/s pada ketinggian 20 m, 30 m dan 50 m; analisa Wind
Rose memperlihatkan bahwa arah angin
dominan berasal dari barat daya (SW –
14,6%).

Bulan Mei dan Juni adalah bulan-bulan
terendah kecepatan angin sedangkan di
bulan lain kecepatan angin cenderung
stabil sesuai kecepatan rata-rata.

Perhitungan dari simulasi untuk power
density adalah sebesar 26 watt/m2 , 35
watt/m2 dan 38 watt/m2 untuk ketinggian
20m , 30m dan 50 m.

Penggunaan
mesin
BPPT, Perencanaan Efisiensi dan Elas-
turbin
angin
kapasitas 700 W akan menghasilkan
daya sebesar kurang dari 100 W.

Potensi
energi
Kecamatan
angin
Teluk
di
wilayah
Mengkudu,
Kabupaten Serdang Bedagai, Provinsi
Sumatera Utara tidak disarankan untuk
27
HALAMAN INI SENGAJA DIKOSONGKAN