kajian pemanfaatan energi arus laut sebagai pembangkit listrik
advertisement
ISSN 1978-2365 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 KAJIAN PEMANFAATAN ENERGI ARUS LAUT SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK STUDY MARINE CURRENT ENERGY FOR POWER GENERATION 1) Arfie Ikhsan Firmansyah1), Bono Pranoto1), Nasruddin2) Puslitbangtek Ketenagalistrikan, Energi Baru, Terbarukan, dan Konservasi Energi 2) Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia [email protected], [email protected] ABSTRAK Pemanfaatan energi baru terbarukan (renewable) bisa menjadi salah satu solusi keterbatasan energi fosil.Energi arus laut merupakan energi terbarukan yang diakibatkan oleh pasang surut air laut. Penelitian ini mengkaji Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut (PLT-Arus Laut) yang sesuai dengan karakteristik arus laut di Indonesia. Data yang digunakan pada peneltian adalah data hasil pengukuran arus laut di selat toyapakeh, selat pantar dan selat larantuka yang dimiliki Puslitbangtek Geologi Kelautan (PPPGL). Berdasarkan studi penentuan lokasi PLT-Arus Laut pada aspek teknis dan aspek sosial ekonomi pada tiga lokasi, maka potensi arus laut di selat larantuka memiliki poin tertinggi dikuti selat toyapakeh dan selat pantar. Perancangan turbin dilakukan menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk jenis turbin vertical axis tipe Gorlov dan Darrieus berkapasitas 1 kW dengan memvariasikan kecepatan arus dan putaran bilah turbin. Hasil penelitian menunjukkan rancangan turbin gorlov dapat menghasilkan energi listrik pada kecepatan arus laut rendah (cut in speed) 0.3 m/s dan pada kecepatan arus laut 1.2 m/s daya rotor yang dihasilkan mencapai design capacity sebesar 1 kW. Kata kunci: PLT-Arus Laut, Lokasi, Bilah turbin, CFD ABSTRACT Renewable energy is used to solve limitation non-renewable energy. The Ocean Currents Energy is renewable energy caused by tides. This study examined the ocean currents power plant that corresponds to the characteristics of ocean currents in Indonesia. The measurement data used in this research is ocean currents in the Toyapakeh, Pantar and Larantuka strait owned R & D Center Marine Geology (PPPGL). Based on a study determining the current location of Ocean Current power plant on the technical aspects and the socio-economic aspects of the three locations, the potential of ocean currents in the strait has the highest points is Larantuka strait. The design of the turbine performed using Computational Fluid Dynamics (CFD), type of turbine were Darrieus and Gorlov turbine with capacity of 1 kW with ocean current speeds and blade rotation variation . The results showed that design of the Gorlov turbine could produce electrical energy at low speed of ocean currents (cut-in speed) 0.3 m / s and the rotor power generated reached the design capacity of 1 kW at the ocean current speed of 1.2 m / s rotor. Keywords: Ocean Current Power Plant, Location, Turbine Blade, CFD. Diterima redaksi : 21 September 2012, dinyatakan layak muat : 17 Desember 2012 123 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 1. PENDAHULUAN terjadi ketika bumi, bulan dan matahari 1.1 Latar Belakang membentuk sudut tegak lurus. Pada saat itu Kebutuhan akan energi listrik nasional (1) akan dihasilkan pasang naik yang rendah dan terus meningkat hingga sebesar 9% per tahun , pasang surut yang tinggi. Pasang laut perbani tidak sebanding dengan ketersedian energi fosil ini terjadi pada saat bulan seperempat dan sebagai sumber energi primer pembangkit tigaperempat (5). tenaga listrik yang dimiliki PT. PLN (Persero) Energi arus laut berupa kinetik dari arus sebagai penyedia energi listrik di Indonesia. laut dapat digunakan untuk memutar turbin Pemanfaatan energi menghasilkan energi mekanik yang kemudian terbarukan yang berasal dari laut mulai dikonversi oleh generator menghasilkan energi dilakukan. listrik. energi Hal ini ketersediaan energi Indonesia merupakan khususnya diakibat fosil di negara terbatasnya Indonesia. Jenis turbin pada pemanfaatan energi kepulauan arus laut secara umum dapat dibagi menjadi 2, terbesar di dunia, dimana 63% wilayahnya yaitu(6) : terdiri dari laut(2). Laut menyimpan cadangan Horizontal-Axis Turbines yaitu bilah turbin energi di alam semesta, salah satunya energi dirancang berlawanan arah dengan arah arus (3) arus laut . Di Indonesia pemanfaatan energi laut (Gambar 1), karena kecepatan arus dan arus laut menjadi pembangkit listrik belum arah arus maka bilah turbin berputar. Jenis- banyak dilakukan. jenis turbin adalah sebagai berikut: Energi arus laut adalah energi yang sangat dipengaruhi pasang surut air laut. Energi pasang surut (tidal) ini diakibatkan gaya gravitasi bulan, matahari dan bumi Energi arus laut dapat juga dipengaruhi oleh faktor lain selain pasang surut, seperti topografi satu tempat dengan lainnya, konfigurasi benua: selat, Tanjung, teluk, kemiringan tanah, dll(3)(4). Pasang surut laut sebagai penyebab Gambar 1 : Jenis-jenis horizontal-axis turbines(6) dominan energi arus laut dapat di bagi dua yaitu : Pasang laut purnama (spring tide) terjadi ketika bumi, bulan dan matahari berada dalam Vertikal – Axis Turbine yaitu bilah turbin suatu garis lurus. Pada saat itu akan dihasilkan dirancang tegak lurus dengan arah arus laut pasang naik yang sangat tinggi dan pasang (Gambar surut yang sangat rendah. Pasang laut purnama Turbines, sebagai berikut : 2). Jenis-jenis ini terjadi pada saat bulan baru dan bulan purnama. Pasang laut perbani (neap tide) Diterima redaksi : 21 September 2012, dinyatakan layak muat : 17 Desember 2012 124 Vertikal-Axis Kajian Pemanfaatan Energi Arus Laut sebagai Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 Pembangkit Listrik terdiri dari samudra. Indonesia mempunyai banyak pulau dan selat sehingga dimungkinkan terbentuk arus laut sebagai akibat interaksi Bumi-Bulan-Matahari yang mengalami percepatan. Pada gambar 3, Indonesia adalah tempat pertemuan arus laut yang diakibatkan pasang surut dominan di Samudra Hindia dengan periode sekitar 12 jam dan pasang surut Gambar 2 : Jenis-jenis Vertikal-axis turbines(6) yang dominan di Samudra Pasifik dengan periode lebih kurang 24 jam. Berdasarkan uraian diatas perlu dilakukan Pasang surut yang dominan di Samudra kajiaan pemanfaatan energi arus laut sebagai Hindia diakibatkan gerak Bulan mengelilingi PLT-Arus Laut. Bumi, sedangkan pasang surut yang dominan di Samudra Pasifik diakibatkan oleh kecondongan orbit Bulan saat mengelilingi Bumi. Hasil 1.2 Tujuan Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji PLT-Arus Laut yang sesuai dengan kajian, laut mempunyai potensi energi kinetik berupa angin, gelombang, dan arus laut yang mencapai 2,4 MW/m2 (angin dan gelombang), karakteristik arus laut di Indonesia. dan 64 KW/m2 (arus laut)(7). 2. METODOLOGI Metodologi yang digunakan pada penelitian ini seperti ditunjukkan pada Tabel 1 berikut: Tabel 1 : Metode kajian pemanfaatan energi arus laut sebagai PLT-Arus Laut Gambar 3 : Arah arus laut global (7) Indonesia memiliki potensi untuk menggunakan arus laut sebagai sumber energi dibandingkan dengan Negara lain. Hal ini disebabkan karena Indonesia dipengaruhi oleh 2.1 Analisis Pemilihan Lokasi PLT-Arus Laut Indonesia merupakan negara kepulauan terbesar di dunia, dimana 63% wilayahnya Arus Lintas Indonesia ARLINDO yang terjadi karena perbedaan elevasi muka air laut rerata antara Pasifik sebelah barat dengan lautan Hindia. Diterima redaksi : 21 September 2012, dinyatakan layak muat : 17 Desember 2012 125 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 utama penyelidikan kebumian yang mencakup wilayah perairan Indonesia. Gambar 4 : Skema ARLINDO Proyek INSTANT (8) Arlindo adalah suatu sistem arus yang menghubungkan samudra Pasifik dengan samudra Hindia (Gambar 4). Jalur Arlindo Gambar 5 : Potensi Kecepatan Energi Arus Indonesia(9) dimulai dari perairan antara Mindanao dan Halmahera, mengalir masuk melalui selat Berdasarkan meninggalkan perairan Indonesia melalui selat khususnya data potensi arus laut (Gambar 5), Lombok dan sebagian besar lainnya berbelok maka digunakan data-data hasil penelitian dan melalui laut Flores, laut Banda dan memasuki pengembangan . potensi dimiliki dan ketersedian samudra Hindia yang fungsi Makassar sebagai jalur utamanya. Setelahnya ia (8) data tugas, arus PPPGL, laut yang dilakukan PPPGL pada lokasi, sebagai berikut : Dinamika Arlindo, pasang surut dan gelombang yang saling berinteraksi akan menyebabkan selat – selat kecil di sekitar Bali dan Nusa Tenggara yang dilalui jalur utama Arlindo memiliki arus kuat. Kabupaten Nusa Penida, Provinsi Bali Pemilihan lokasi penelitian potensi arus laut yang dilakukan oleh PPPGL Koordinasi dalam rangka kelancaran pelaksanaan Selat Toyapakeh, Kecamatan Nusa Penida, di selat toyapakeh selat antara pulau nusa penida kegiatan Kajian Pemanfaatan dengan pulau lembongan yang berada di Energi Arus Laut sebagai Pembangkit Listrik wilayah Desa toyapakeh Kecamatan Nusa Tenaga Arus Laut (PLT-Arus Laut) dilakukan Penida Kabupaten Klungkung Provinsi dengan Pusat Penelitian dan Pengembangan dengan koordinat lokasi pengukuran arus laut S Geologi Kementerian 08o 40.611’ dan E 115o 29.307’. Kecamatan Energi dan Sumber Daya Mineral. Hal di atas Nusa Penida merupakan kecamatan terluas dari dilakukan karena sesuai tugas dan fungsi dari 3 (tiga) kecamatan yang ada di kabupaten PPPGL program Klungkung. Dengan batas disebelah utara dan penyelidikan geologi dan geofisika kelautan di barat selat Badung, sebelah timur selat lombok Indonesia yang merupakan suatu program dan sebelah selatan samudera Indonesia. Kelautan adalah (PPPGL), melaksanakan Diterima redaksi : 21 September 2012, dinyatakan layak muat : 17 Desember 2012 126 Bali Kajian Pemanfaatan Energi Arus Laut sebagai Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Pembangkit Listrik Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 a. Sebelah Utara berbatasan dengan Laut Flores b. Sebelah Selatan dengan Samudera Hindia c. Sebelah Timur dengan Negara Timor Leste d. Sebelah Barat dengan Propinsi Nusa Tenggara Barat. Gambar 6 : Peta lokasi pengukuran potensi arus laut di selat Toyapakeh Hasil dilakukan pengukuran PPPGL Kabupaten di Klungkung, arus Selat laut yang Toyapakeh, Provinsi Bali, menunjukan kecepatan rata-rata 1.0303 m/s pada kedalaman 4m, 1.1380 m/s pada kedalaman 6m, 1.2097 m/s pada kedalaman 8 Gambar 7 : Peta lokasi pengukuran potensi arus m dan 1.2786 m/s pada kedalaman 10m. laut di selat Pantar Kecepatan arus laut pada kedalaman 4-10 m ini merupakan kecepatan potensial untuk Hasil pengukuran arus laut yang dilakukan PPPGL di Selat Pantar, Kabupaten pemanfaatan energi arus laut sebagai PLT-Arus Alor, Laut. menunjukan kecepatan rata-rata 1.43 m/s pada Selat Provinsi Nusa Tenggara Timur, Timur, kedalaman 4m, 1.43 m/s pada kedalaman 6m, Kabupaten Alor, Provinsi NusaTenggara 1.41 m/s pada kedalaman 8 m dan 1.08 m/s Timur pada kedalaman 10m. Kecepatan arus laut pada Pantar, Kecamatan Alor Pemilihan lokasi penelitian potensi arus laut yang dilakukan oleh PPPGL di Selat kedalaman 4-10 m ini merupakan kecepatan potensial untuk pemanfaatan energi arus laut Pantar yaitu selat antara Pulau Alor dengan sebagai PLT-Arus Laut. Pulau kecil Selat Larantuka, Kecamatan Adonara Barat, disekitarnya, Kabupaten Alor Provinsi Nusa Kabupaten Flores Timur, Provinsi Nusa Tenggara Timur dengan koordinat lokasi Tenggara Timur. Pantar dan pulau-pulau pengukuran arus laut S 08o 16’ 12” dan E 124o 24’ 28,3”. Pemilihan lokasi penelitian potensi arus laut yang dilakukan oleh PPPGL di selat Propinsi Nusa Tenggara Timur (NTT) Larantuka selat antara Pulau Flores dengan terletak di selatan katulistiwa pada posisi pulau adonara yang berada di wilayah Desa geografis 8o – 12 o Lintang Selatan dan 118 o – Tanah Merah Kecamatan Adonara Barat Kabupaten Nusa o 125 Bujur Timur dengan batas-batas wilayah: Flores Timur Diterima redaksi : 21 September 2012, dinyatakan layak muat : 17 Desember 2012 Provinsi 127 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 Tenggara Timur dengan koordinat lokasi pengukuran arus laut S 08o 18.995’ dan E 123o Tabel 2 : Proses analisis pemilihan lokasi PLTArus Laut 01.639’. Kecamatan Adonara Barat salah satu kecamatan yang terletak di Pulau Adonara Kabupaten Flores Timur. Pulau Adonara terdiri dari 6 kecamatan, yaitu : Kecamatan Adonara Timur Kecamatan Adonara Barat Kecamatan Klubagolit Kecamatan Witihama Kecamatan Watan Ulumado Kecamatan Ile Boleng Metode analisis menggunakan KepnerTregoe digunakan untuk merupakan suatu metode atau cara untuk memecahkan masalah yang terjadi dan bagaimana cara untuk Gambar 8: Peta lokasi pengukuran potensi arus pengambilan keputusan. Sasaran dalam metode laut di selat Larantuka Kepner-Tregoe Hasil pengukuran pengambilan keputusan, untuk memperoleh pengetahuan dilakukan PPPGL di Selat Pantar, Kabupaten yang diperlukan untuk mengorganisir dan Alor, Timur, meneliti satu tonase dari informasi secara menunjukan kecepatan rata-rata 1.724 m/s pada efisien, sehingga bisa menentukan tindakan kedalaman 3m, 1,84 m/s pada kedalaman 5 m, paling sesuai untuk diambil. Nusa laut dalam yang Provinsi arus yaitu Tenggara 1.844 m/s pada kedalaman 7 m dan 1.79 m/s Pada analisis menggunakan metode pada kedalaman 9m. Pada kecepatan arus laut Kepner-Tregoe dilakukan Pembobotan pada pada merupakan tiap-tiap parameter pada variabel aspek teknikal kedalaman potensial untuk pemanfaatan energi dan aspek sosial ekonomi dimaksudkan untuk arus laut sebagai PLT-Arus Laut. memudahkan dalam pengambilan keputusan. kedalaman 3-9 m ini Analisis pemilihan lokasi untuk PLT- Pembobotan pada tiap-tiap parameter pada Arus Laut dilakukan dengan metode sebagai variebel aspek teknikal dan aspek sosial berikut : ekonomi tersaji pada table 3, berikut ini: Diterima redaksi : 21 September 2012, dinyatakan layak muat : 17 Desember 2012 128 Kajian Pemanfaatan Energi Arus Laut sebagai Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 Pembangkit Listrik Tabel 3 : Pembobotan pada parameter uji Dan arus laut itu ditentukan beberapa faktor antara lain 1. perbedaan temperatur antara permukaan dan dasar laut 2. perbedaan salinitas antar area laut di sekitar situs target 3. arus-arus lain dari perairan sekitarnya yang mempengaruhi arah arus musiman di daerah tersebut Turbin vertical axis memiliki torsi yang kecil pada saat start dikarenakan adanya tahanan dari bilah turbin yang berseberangan dari bilah turbin yang mendapatkan gaya. Sehingga untuk mengantisipasi hal tersebut, turbin jenis ini memerlukan motor untuk start. Sebaliknya, turbin horizontal axis tidak membutuhkan motor penggerak awal karena 2.2 Studi Turbin PLT-Arus Laut tidak ada tahanan saat turbin mulai berputar. Studi turbin PLT-Arus pada penelitian Dari sisi desain dan manufakturing, menggunakan metode reverse engineering dari turbin vertikal axis lebih sederhana dan lebih PLT-Arus Laut PPPGL, hal ini dimaksudkan murah. Hal ini disebabkan oleh kemampuan untuk meningkatkan performa turbin yang telah turbin menerima gaya dari berbagai arah. ada dipasaran. Sehingga tidak diperlukan mekanisme khusus Tabel 4 : Metode perancangan PLT-Arus Laut untuk mengikuti perubahan arah arus. Hal ini yang menyebabkan turbin horizontal axis membutuhkan desain yang kompleks dan biaya pembuatan tinggi. Karena turbin horizontal harus dapat mengikuti perubahan arah dan perubahan inklinasi arus. Alat yang dibutuhkan oleh turbin ini memiliki desain yang komplek dan biaya yang tinggi dan beberapa penyesuaian agar dapat beroperasi dan bertahan di dalam laut. Maka, dapat disimpulkan bahwa turbin Pemilihan jenis turbin horizontal dan vertikal axis sangat cocok untuk tempat yang vertikal idealnya berdasarkan kondisi arus laut. arus lautnya cepat dan sering berubah. Dan Diterima redaksi : 21 September 2012, dinyatakan layak muat : 17 Desember 2012 129 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123Vol. - 136 turbin horizontal axis cocok untuk tempat yang Tabel 5 : Hubungan tip speed ratio dan jumlah arus laut stabil dan mudah diprediksi. bilah turbin Pada perancangan turbin PLT-Arus Laut perlu menentukan rancangan. Parameter parameter-parameter perancangan pada penelitian ini, sebagai berikut : Tipe turbin : vertikal axis Rated capacity : 1.0 kW Rated Ocean Currents Speed : 1.2 m/s Profil yang dipergunakan adalah profil Cut – In Ocean Current Speed : 0.3 m/s NACA 0020, profil ini umum dipergunakan Cut-Out Ocean Current Speed : 2 m/s pada turbin arus laut, dimana pada kecepatan Penentuan luas permukaan turbin PLTArus laut menggunakan persamaan 1, arus rendah dapat menghasilkan energi listrik . Berikut ini adalah gambar profil NACA 0020. didapatkan hasil sebagai berikut[9] : (1) Gambar 10 : Profil NACA 0020 Dimana : P = 1.0 kW Perhitungan chord dan bilah turbin setting v = 1 m/s Dari persamaan 1, maka didapatkan diameter dilakukan dengan beberapa langkah sebagai turbin 1 m dan tinggi turbin 1.2 m. berikut[11] : Penentuan jumlah bilah turbin pada PLT-Arus Laut Jumlah bilah turbin (B) dipengaruhi oleh nilai tip speed ratio (λ) Membagi bilah turbin dengan radius R menjadi beberapa bagian yang sepadan. Tiap penampang mempunyai jarak r desain, yang diperoleh dengan digunakan terhadap sumbu rotor. Local speed ratio (λr) persamaan 2[10], sebagai berikut : dapat dihitung dengan persamaan berikut: (2) Dimana R adalah radius turbin arus laut, (3) Nilai local speed ratio di atas dipergunakan n adalah putaran generator dan V adalah dalam kecepatan mendapatkan sudut inklanasi (Ф) untuk tiap arus laut. Berdasarkan hasil perhitungan didapatkan tip speed ratio (λ) persamaan berikut penampang bilah turbin. adalah 3, berdasarkan Tabel 5 yaitu tabel hubungan tip speed ratio dan jumlah bilah turbin, maka jumlah bilah yang digunakan adalah 3. Diterima redaksi : 21 September 2012, dinyatakan layak muat : 17 Desember 2012 130 untuk Kajian Pemanfaatan Energi Arus Laut sebagai Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 Pembangkit Listrik Nilai chord (c) untuk tiap penampang diperoleh dengan rumusan berikut: c = 8 . π. r (1- cos Ф) B. Cl dimana : B=3 jumlah bilah turbin Cl = 0.92 coefficient lift Dengan rumus berikut, didapatkan bilah turbin setting dengan sudut β untuk tiap penampang bilah turbin. β=Ф–α dimana : α = 5 derajat. Gambar 12 : Diagram alir simulasi hidrodinamika Model Geometri Pemodelan geometri pada kajian ini menggunakan bentuk dan ukuran sebenarnya. Gambar 11: Rancangan Turbin PLT-Arus Laut Langkah berikutnya pada studi PLT- Pemodelan geometri dilakukan secara 3 (tiga) dimensi dengan skala 1 :1, sebagai berikut : Arus Laut dilakukan analisis performa bilah turbin PLT-Arus Laut. Analisis performa PLTArus Laut dilakukan dengan menggunakan metode simulasi Computational Fluids Dynamics (CFD). Simulasi dilakukan untuk model aliran viskos turbulen 3 dimensi berbasis pendekatan Finite Volume. Analisis dilakukan (a) (b) untuk berbagai kondisi aliran seperti kecepatan Gambar 13 : arus (a) Model rancangan Gorlov revisi III laut dan putaran rotor. Parameter- parameter desain penting seperti torsi, koefisien (b) Model rancangan Darieus daya dan efisiensi Bilah turbin. Diagram alir Model aliran metode analisis hidrodinamika PLT-Arus Laut menggunakan simulasi CFD, sebagai berikut : Simulasi CFD digunakan sebagai salah satu cara menganalisis aliran fluida pada turbin Diterima redaksi : 21 September 2012, dinyatakan layak muat : 17 Desember 2012 131 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123Vol. - 136 arus laut. Analisis menggunakan CFD dibutuhkan pemodelan persamaan-persamaan Kecepatan aliran yang ditinjau adalah kecepatan rata-rata. aliran fluida, diantaranya : Turbulen merupakan bentuk aliran a. Persamaan kontinuitas yang berfluktuasi terhadap ruang dan waktu. Persamaan kontinuitas (konservasi Turbulen merupakan proses yang kompleks. massa) secara umum dapat dituliskan, sebagai Turbulen akan terjadi ketika gaya inersia dalam berikut : fluida menjadi sangat dominan dibandingkan gaya (4) Dimana ρ adalah kerapatan dan U adalah viskos Reynolds, Re) dengan tingginya . Variasi simulasi kecepatan aliran. Pada fluida inkompresibel Simulasi yang dilakukan adalah dengan (ρU) = 0 pada keadaan steady. memvariasikan kecepatan arus laut sesuai b. Persamaan momentum Persamaan (dicirikan (11) dengan hasil pengukuran arus laut yang gerak fluida, dimana dilakukan PPPGL pada model turbin arus laut. memenuhi persamaan konservasi momentum, Turbin sebagai berikut : kecepatan angular 5-30 RPM. (5) arus laut divariasikan memiliki Putaran bilah turbin pada PLT-Arus Laut adalah putaran rendah, umumnya putaran turbin arus laut Dimana P adalah tekanan statik, μ dinamik berkisar antara 5 sampai dengan 30 RPM(12) viscositas dan Sm adalah sumber momentum. Sistem mesh/ Grid arrangement Sumber Sistem mesh dalam simulasi CFD digunakan momentum diakibatkan gaya diakibatkan gerakan fluida akibat gravitasi. batasan analisis mengubakan perhitungan numerik pada simulasi. Pada c. Persamaan turbulen Aliran turbulen merupakan aliran yang sangat kompleks sebagai karena didominasi oleh struktur eddy dengan fluktuasi yang sangat simulasi ini diasumsikan bahwa Turbin arus laut berada pada water tunnel (terowongan air) dengan ukuran terowongan air sebagai berikut : tinggi Persamaan pengatur aliran ini dapat diturunkan dari persamaan kontinyuitas dan momentum yang akan menghasilkan persamaan Navier-Stokes. Beberapa anggapan yang dipakai dalam melakukan penurunan persamaan turbulen adalah sebagai berikut : Aliran tak mampu mampat (incompressible). Viscous stress dan Gaya Coriolis diabaikan Aliran tak berputar (irrotational). Gambar 14 : Sistem mesh dan Computational domain Diterima redaksi : 21 September 2012, dinyatakan layak muat : 17 Desember 2012 132 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Kajian Pemanfaatan Energi Arus Laut sebagai Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 Pembangkit Listrik mendapatkan data yang valid dan reliable 3.HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis pemilihan lokasi PLT-Arus Laut dilihat dari berbagai kriteria penilaian (tabel 3) mengenai daerah-daerah penilaian. Tabel 6 : Penilaian lokasi pada tiap kriteria pada aspek teknikal dan aspek sosial ekonomi pada tiga lokasi penelitian yang telah dilakukan PPPGL. Berdasarkan survai lokasi dan studi data sekunder dari laporan penelitian studi potensi arus laut di Selat Toyapakeh, Selat Pantar dan Selat Larantuka yang telah dilakukan PPPGL, maka didapatkan penilaian pada tiap lokasi sebagai berikut : Pada gambar 16, merupakan visualisasi Gambar 15 : Penilaian pada tiap-tiap lokasi distribusi tekanan pada bilah turbin pada Pada Gambar 15, penilaian pada aspek kecepatan 1.2 m/s dengan putaran rotor 30 teknikal dan aspek sosial ekonomi pada tiga RPM. Distribusi tekanan pada masing-masing lokasi penelitian yang telah dilakukan PPPGL, permukaan turbin memiliki nilai yang berbeda, maka potensi arus laut di Selat Larantuka Teori dasar yang digunakan untuk analisis memiliki nilai tertinggi dikuti Selat Toyapakeh turbin air, menyangkut perilaku fluida cair dan Selat Pantar. Berdasarkan hasil di atas, (hidrostatika) yang meliputi teori hidrostatika maka Larantuka dan hidrodinamika. Besaran fluida yang terlibat menjadi calon lokasi pemanfaatan energi arus dalam perhitungan turbin arus laut adalah sebagai pembangkit listrik tenaga arus laut. tekanan (p), massa jenis (ρ) ,viskositas (v atau direkomendasikan Selat Penilaian pada aspek teknikal merupakan μ) dan luas permukaan bilah turbin. Viskositas titikberat dari penilaian lokasi ini. Bobot dikenal ada viskositas kinematik v atau penilaian pada aspek teknikal 80% dari total viskositas absolut/ dinamik μ. Perbedaan penilaian sedangkan aspek sosial ekonomi tekanan pada bilah turbin dipengaruhi oleh luas hanya memiliki bobot 20%. permukaan bilah turbin yang kontak dengan Bobot penilaian pada analisis lokasi dapat dilihat pada tabel 6. Pada penilaian ini fluida. Tekanan hidrostatik pada mempengaruhi tekanan pada permukaan bilah turbin. dilakukan dengan metode penelusuran data Pada Gambar 17 merupakan visualisasi hasil pengukuran arus laut, survai ke lokasi dan kecepatan pada bilah turbin pada kecepatan 1.2 wawancara m/s dengan putaran rotor 30 RPM. Pada pada pejabat terkait untuk visualisasi ini kecepatan diasumsikan seragam Diterima redaksi : 21 September 2012, dinyatakan layak muat : 17 Desember 2012 133 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123Vol. - 136 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 yaitu sebesar 12 m/s. Kecepatan arus diasumsikan memutar bilah turbin dengan permukaan dari turbin merupakan geometri dari simulasi. kecepatan 30 rpm menumbuk bilah turbin kecepatan arus dan membentuk pola aliran kecepatan. Berdasarkan persamaan 6 dan 7 diatas, dengan perhitungan numerik didapatkan nilai torsi. Nilai torsi hasil perhitungan digunakan untuk menghitung daya bilah turbin. Verifikasi data pada simulasi CFD pada dimensi turbin dan kondisi yang sama, dimaksudkan untuk mengetahui performa bilah turbin PLT-Arus mengetahui tingkat laut diperlukan untuk kepercayaan (standart Gambar 16 : Visualisasi tekanan pada V = 1.2 error) hasil simulasi dengan hasil pengujian m/s, 30 RPM PLT-Arus Laut yang dilakukan oleh PPPGL di Selat Toyapakeh Nusa Penida, Provinsi Bali pada tahun 2009. Model turbin/model acuan yang yang digunakan pada validasi simulasi dan pengujian pada gambar 18 adalah gambar turbin yang telah dilakukan re-drawing dari bentuk PLT- Gambar 17 : Visualisasi Kecepatan pada V = Arus Laut yang diuji di Selat Toyapakeh Nusa 1.2 m/s, 30 RPM Penida, Provinsi Bali pada tahun 2009. Perhitungan daya yang digunakan pada Pengujian dimaksudkan untuk mengetahui simulasi CFD adalah hasil kali torsi yang kondisi batas dan persamaan yang digunakan dihasilkan yang pada simulasi CFD sudah dapat digunakan dihasilkan. Torsi dari model di dapatkan dari pada perancangan turbin PLT-Arus Laut. Pada persamaan sebagai berikut validasi ini data hasil uji yang diambil pada model dengan putaran = r. F pengujian adalah nilai daya yang dihasilkan pada putaran turbin 20 rpm. (6) Sedangkan massa dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut : A2 mtheoritis Dimana 1 A 2 / A 1 tekanan, merupakan initial 2 2 p p2 densitas value (7) dan kecepatan sedangkan luas Gambar 18 : Validasi simulasi dan pengujian daya vs Kecepatan arus Diterima redaksi : 21 September 2012, dinyatakan layak muat : 17 Desember 2012 134 Kajian Pemanfaatan Energi Arus Laut sebagai Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Pembangkit Listrik Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 Berdasarkan hasil uji statistik Perancangan turbin PLT-Arus Laut menggunakan korelasi pearson pada Tabel 6, dilakukan untuk mendapatkan performa turbin didapatkan kesamaan antara variabel pengujian yang baik, sehingga pada kecepatan rendah yang dilakukan PPPGL dan simulasi dengan yaitu sebesar 0.3 m/s sudah dapat menghasilkan tingkat kesamaan antar variabel dengan tingkat tenaga listrik. Pada kecepatan rated speed kesalahan 5 %. Kesamaan variabel pengujian yaitu 1.2 m/s daya rotor yang dihasilkan dan simulasi mencapai 95%, maka metode mencapai design capacity yaitu sebesar 1.0 simulasi kW. performa turbin PLT-Arus laut Model acuan pada gambar 19 adalah menggunakan CFD dapat diterima dengan turbin yang dimiliki PPPGL, turbin ini jenis tingkat kesalahan 5 %. turbin gorlov hasil kerjasama penelitian dengan Tabel 6 : Hasil uji statistic Institut Teknologi Bandung (ITB) sedangkan model gorlov revisi III adalah turbin hasil rancangan pada penelitian ini dan model darrieus merupakan pembanding dari tipe vertical axis turbin lainnya. Rancangan model gorlov revisi III Hasil simulasi CFD untuk mendapatkan dengan merubah sudut serang dan twist pada performa rotor hasil rancangan di sajikan pada model acuan meningkatkan performa turbin Gambar 19,20 dan 21 berikut : PLT-Arus Laut. Berdasarkan gambar 19, 20 dan 21, turbin gorlov revisi III memiliki performa lebih baik pada kecepatan arus laut rendah maupun kecepatan arus tinggi. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Gambar 19: Hasil simulasi CFD pada 5 RPM Pada penelitian Kajian Pemanfaatan Energi Arus Laut sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut (PLT-Arus Laut), dihasilkan beberapa kesimpulan diantaranya : Berdasarkan penilaian pada aspek teknikal Gambar 20 : Hasil simulasi CFD pada 15 RPM dan aspek sosial ekonomi pada tiga lokasi penelitian yang telah dilakukan P3GL, maka potensi arus laut di selat larantuka memiliki poin tertinggi dikuti selat toyapakeh dan selat pantar Gambar 21 : Hasil simulasi CFD pada 30 RPM Diterima redaksi : 21 September 2012, dinyatakan layak muat : 17 Desember 2012 135 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 Berdasarkan studi literatur dan data Development Status. Annual report pengukuran arus laut jenis turbin vertical axis Powertech Labs for the IEA-OES. British lebih tepat digunakan di Indonesia. Columbia, Canada : Powertech. Rancangan turbin PLT-Arus Laut dibuat [5]. Wikipedia. 2010. Pasang Surut April 2010). (update untuk mendapatkan performa turbin yang 24 Tersedia baik, sehingga pada kecepatan rendah yaitu http://id.wikipedia.org/wiki/IPasang_laut. sebesar 0.3 m/s sudah dapat menghasilkan diakses : 28 Mei 2010 tenaga listrik. Pada kecepatan rated speed [6]. Solnes, K. 2010. Small –Scale Water yaitu 1.2 m/s daya rotor yang dihasilkan Current Turbines For River Application. mencapai design capacity yaitu sebesar 1.0 Annual Report Zero Emission Resource kW. Organization (ZERO). Oslo, Norway. [7]. Buigues, G. et al. 2006. Sea Energy Saran Perlu dilakukan penelitian lanjutan meliputii Conversion: Problems and Possibilities. peralatan Prosiding ICREPQ'06. Palma de Mallorca, instalasi lain seperti PLT-Arus generator, Laut, metode transmisi dan distribusi tenaga listrik yang dihasilkan PLT- Spain International Conference On Renewable Energy and Power Quality [8]. Ai Yuningsih, Dkk. 2010. Prospek Energi Arus Laut. UCAPAN TERIMA KASIH Arus Penulis mengucapkan terima kasih kepada P3GLKESDM. Bandung : ISBN No. 978- Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi 979-551-020-8 Kelautan (PPPGL) atas data-data pendukung Laut Di Perairan Indonesia. [9]. . Burton, T. et al. 2001. Wind Energy Handbook.Chichester, John Wiley & Sons. yang diberikan pada penelitian ini. [10]. DAFTAR ACUAN Manwell, J., McGowan, J., and [1]. ESDM. 2009. Dirut PLN : Diperlukan Rp Rogers, A. 2002. Wind Energy Explained : 80 Triliun per Tahun Untuk Pengembangan. Theory. Design and Application. John Tersedia: http: // www. esdm.go.id/…/2936- Wiley and Sons, Ltd. [11]. dirut-plndiperlukan.diakses : 10 Juni 2010 [2]. Wikipedia.2010.Indonesia. Tersedia di Kusuma, M. Syahril Badri dkk. 2004. Studi Pengembangan Model Turbulen Κ-Ε http://en.wikipedia.org/wiki/Indonesia. Untuk Sirkulasi Arus I: Aliran Dua Dimensi diakses : 28 Mei 2010 Pada Sebuah Tampungan Air . PROC. ITB [3]. Mineral Management Service. Ocean Energy.http://www.mms.gov/mmsKids /PDFs/OceanEnergyMMS.pdf. diakses : 28 204. [12]. Commission of the European Communities.1996. Wave Energy Project Mei 2010 [4]. Khan, Jahangir dan Gouri S. Bhuyan. 2009. Ocean Sains & Tek. Vol. 36 A, No. 2, 2004, 179- Energy: Global Technology Results: The Exploitation of Tidal Marine Currents, Report EUR16683EN. Diterima redaksi : 21 September 2012, dinyatakan layak muat : 17 Desember 2012 136
