Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid

advertisement
KAJIAN ROADMAP
PENGEMBANGAN ENERGY STORAGE
UNTUK SMART GRID SYSTEM
Disusun Oleh:
Euis Jubaedah
Abdul Hamid Budiman
PUSAT TEKNOLOGI KONVERSI DAN KONSERVASI ENERGI
BADAN PENGKAJIAN DAN PENERAPAN TEKNOLOGI
2013
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI …………………………………………………………………………………………………………………………ii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................................. v
DAFTAR TABEL ...................................................................................................................... vi
KATA PENGANTAR .............................................................................................................. vii
Jakarta, Desember 2013 ............................................................................................................ vii
BAB I. PENDAHULUAN ................................................................................................................. 1
BAB II. JENIS dan STATUS TEKNOLOGI PENYIMPAN ENERGI ...................................................... 5
I.1.
Penyimpan Energi Berbahan Elektrokimia .......................................................... 5
I.1.1.
Baterai Asam Timbal (Lead Acid) ..................................................................... 6
I.1.2.
Baterai Berbahan Dasar Nikel .............................................................................. 7
I.1.3.
Baterai Lithium .................................................................................................... 8
I.1.4.
Baterai Aliran (Flow Batteries)............................................................................ 9
I.1.5.
Sodium Beta Alumina Batteries ......................................................................... 11
I.1.6.
Metal Air Batteries ............................................................................................. 13
I.1.7.
Kapasitor Listrik Dua Lapis Ganda (Electric Double Layer Capacitors).......... 13
I.1.8.
Pseudocapacitors ................................................................................................ 14
I.1.9.
Hybrid Capacitors .............................................................................................. 15
I.2.
Penyimpan Energi Mekanik .............................................................................. 15
I.2.1.
Bendungan Hidroelektrik (Pumped Storage Hydro - PSH) .............................. 15
I.2.2.
Penyimpan Energi Udara Bertekanan (CAES=Compressed Air Energy Storage)
……………………………………………………………………………………………………………………….16
I.2.3.
Penyimpan Energi Roda Gila (Flywheels) ........................................................ 18
I.3.
Penyimpan Energi Thermal (Thermal Energy Storage-TES)............................ 21
I.3.1.
Solar Thermal ..................................................................................................... 22
I.3.2.
Penyimpan Energi Thermal untuk Heating, Ventilation, and Air Conditioning
(HVAC).............................................................................................................. 25
I.4.
Hidrogen sebagai Sistem Penyimpan Energi ..................................................... 28
BAB III. DATA BIAYA TEKNOLOGI PENYIMPAN ENERGI ............................................................. 34
BAB IV. ANALISA KESENJANGAN DAN STRATEGI PENGEMBANGAN TEKNOLOGI PENYIMPANAN
ENERGI ............................................................................................................... 38
I.5.
Analisa Kesenjangan Teknologi ........................................................................ 38
I.5.1.
Pertumbuhan Pembangkit Listrik Energi Alternatif di Dalam Negeri ............... 38
I.5.2.
Industri Baterai di Indonesia .............................................................................. 39
PTKKE - BPPT
ii
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
I.5.3.
Lemahnya Pasar Indonesia................................................................................. 40
I.5.4.
Kurangnya Fasilitas Laboratorium dan Peralatan Pengujian ............................. 41
I.5.5.
Kebijakan Pemerintah dan Dukungan Pemerintah............................................. 42
I.6.
Roadmap Pengembangan Industri Penyimpanan Energi untuk Aplikasi Smart
Grid di Indonesia................................................................................................ 43
BAB V. KESIMPULAN DAN REKOMENDASI ................................................................................ 45
I.7.
Kesimpulan ........................................................................................................ 45
I.8.
Rekomendasi ...................................................................................................... 45
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................................... 46
PTKKE - BPPT
iii
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
PTKKE - BPPT
iv
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
DAFTAR GAMBAR
Gambar I.1 Peran penyimpan energi listrik dalam jaringan perusahaan listrik .............. 3
Gambar II.1 Perbandingan daya dan waktu pelepasan pada berbagai jenis teknologi
penyimpan energi .................................................................................................................................... 5
Gambar II.2 Skema Baterai Aliran ................................................................................. 10
Gambar II.3 Prinsip Baterai Sodium-sulfida (NaS) ........................................................ 11
Gambar II.4 Contoh Baterai NaS ................................................................................... 12
Gambar II.5 Baterai NaS yang diproduksi oleh NGK .................................................... 12
Gambar II.6 Struktur Baterai Li-udara ........................................................................... 13
Gambar II.7 Penyimpan Energi Pumped Hidroelektrik – PSH ]....................................................... 16
Gambar II.8 Penyimpan tipe kompresi udara dgn tangki penyimpan di bawah tanah .. 17
Gambar II.9 Baterai Flaywheel produksi Beacon Power .............................................. 19
Gambar II.10 Sistem penyimpan energi solar termal ...................................................... 22
Gambar II.11 Sistem pembangkit listrik dengan memanfaatkan solar thermal ............. 23
Gambar II.12 Jenis- jenis kolektor solar termal ............................................................. 24
Gambar II.13 Prinsip Kerja pendinginan gedung dengan memanfaatkan TES .............. 26
Gambar II.14 TES-HVAC dengan integrasi pendingin pada AC .................................. 27
Gambar II.15 Sistem Penyimpan Energi Hidrogen ........................................................ 30
Gambar II.16 Posisi Teknologi Penyimpanan energi pada setiap aplikasi yang
diterapkan .................................................................................................. 31
Gambar IV.1 Rancangan roadmap pengembangan teknologi Baterai untuk sistem Smart
Grid Tahun 2014 - 2025 ............................................................................. 43
PTKKE - BPPT
v
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
DAFTAR TABEL
Tabel II.1 Persyaratan umum yang harus dipenuhi oleh teknologi penyimpan energi
untuk setiap aplikasi ..................................................................................... 31
Tabel II.2 Status teknologi penyimpanan energi ........................................................... 32
Tabel II.3 Kelebihan dan kekurangan teknologi penyimpan energi.............................. 33
Tabel III.1 Data biaya teknologi penyimpanan energi masal untuk mendukung sistem
integrasi energi terbarukan skala besar[ ........................................................ 34
Tabel III.2 Pilihan teknologi penyimpan energi untuk pengaturan frequency .............. 35
Tabel III.3 Pilihan teknologi penyimpanan energi untuk pendukung T & D jaringan .... 36
Tabel III.4 Biaya penyimpanan energi untuk aplikasi manajemen energi pada sektor
komersial dan industri .................................................................................. 36
Tabel III.5 Biaya penyimpanan energi untuk aplikasi manajemen energi sektor rumah
tangga ........................................................................................................... 37
Tabel IV.1 Data Industri produsen baterai di Indoneisa ................................................. 39
Tabel IV.2 Tahapan pelaksanaan roadmap industri baterai di indonesia ....................... 44
PTKKE - BPPT
vi
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, atas ridha-Nya Laporan Studi
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System ini bisa
diselesaikan dengan baik. Laporan ini diharapkan dapat memberi gambaran tentang
Road Map Pengembangan Energy Storage khususnya Pengembangan Teknologi Baterai
untuk mendukung pengembangan Smart Grid di Indonesia.
Pada kajian in akan dibahas mengenai status teknologi baterai di Indonesia,
Identifikasi isu yang berkaitan dengan pengembangan teknologi penyimpanan energi di
dunia, kesenjangan penelitian, kendala dan tantangan untuk mengembangkan teknologi
baterai di Indonesia.
Dalam Kajian ini, penulis lebih memfokuskan pembahasan pada aplikasi baterai
sekunder untuk penyediaan energi bersih yang dapat dijadikan sebagai penyimpan
energi listrik untuk sumber energi terbarukan, energi surya dan energi angin yang
teritegrasi dalam sistem grid yang cerdas (smart grid)
Kami berharap laporan ini dapat digunakan sebagai acuan bagi para pembuat
kebijakan, akademisi yang berminat untuk mengembangkan baterai.
Jakarta, Desember 2013
Penyusun
PTKKE - BPPT
vii
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
BAB I. PENDAHULUAN
Sejak terjadi krisis minyak pada tahun 2008 dimana harga minyak sangat tinggi serta isu
pemanasan global memacu negara-negara maju dan negara berkembang untuk mulai mencari
alternatif baru dalam penyedian sumber energi yang bersih terutama berasal dari sumber
energi terbarukan.
Terkait masalah energi ini, pemerintah telah mengeluarkan undang-undang Nomor 30 Tahun
2007 tentang Energi yang mengamanatkan beberapa hal terkait dengan energi terbarukan
diantaranya bahwa pengelolaan energi harus mengutamakan kemampuan nasional,
mengutamakan penggunaan teknologi ramah lingkungan, penyediaan energi diutamakan
menggunakan energi setempat yang bersumber pada energi terbarukan serta pemerintah pusat
dan daerah berkewajiban untuk menyediakan energi baru dan terbarukan. Pada 2025,
pemerintah mentargetkan bahwa energi bauran yang dapat dicapai dari EBT adalah sekitar
17 persen.
Salah satu keunggulan penggunaan EBT adalah tingkat polusinya yang rendah sehingga tidak
menimbulkan dampak eksternal yang akan mempercepat global warming. Hal ini sejalan
dengan konvensi internasional untuk ikut secara aktif menjaga kebersihan udara dunia. Di
samping itu eksploitasi EBT merupakan suatu proses produksi yang sustainable, sehingga
tidak perlu dikhawatirkan akan kehabisan sumbernya. Trend saat ini memberikan gambaran
bahwa energi terbarukan telah menjadi ambisi global di negara-negara Eropa, yang unggul
dalam teknologi ramah lingkungan, dan negara-negara Timur Tengah serta Asia.
Kecenderungan itu, oleh PBB, diperkirakan akan terus meningkat pada tahun 2025 seperti
pemanfaatan energi angin dan matahari untuk memenuhi kebutuhan energi listrik.
Energi listrik adalah salah satu bentuk energi yang berperan penting bagi kemajuan peradaban
manusia. Hal ini dikarenakan energi listrik dapat dengan mudah diaplikasikan maupun diubah
menjadi bentuk energi lainnya, tak terkecuali disimpan dalam bentuk energi kimia.
Kenaikan kebutuhan sumber energi sangat tergantung pada strategi pemerintah. Strategi
tersebut harus mempertimbangkan ketahanan energi dengan menjamin ketersediaan, akses
masyarakat pada harga yang terjangkau dalam jangka panjang dan tetap memperhatikan
perlindungan terhadap lingkungan.
PTKKE - BPPT
1
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
Untuk mendukung penyediaan energi bersih tersebut, penyimpanan energi menjadi sangat
penting untuk menyediakan pasokan energi yang handal dan kontinyu dalam waktu yang
relatif lama. Baterai adalah sebuah sarana yang dapat menyimpan energi listrik untuk
digunakan sesuai dengan keperluannya sewaktu-waktu dan dapat dipindahkan dari satu
tempat ke tempat lainnya. Penyimpanan energi akan sangat diperlukan mengingat beberapa
jenis sumber energi tidak dapat diandalkan selamanya. Angin tidak selamanya bertiup untuk
menggerakkan turbin, cahaya matahari tidak bisa dimanfaatkan secara optimal ketika cuaca
berawan atau di malam hari. Bahkan pembangkit listrik tenaga air saat ini banyak dihadapkan
oleh ancaman kekeringan.
Di beberapa negara maju, pengembangan sarana penyimpan energi menjadi salah satu
prioritas dalam kebijakan energi di negaranya. Mereka melakukan stimulus dengan
memberikan bantuan pendanaan kepada sektor swasta dan lembaga penelitian untuk mengkaji
dan mengembangkan teknologi baterai dan smart grid.
Pemerintah Indonesia mentargetkan penggunaan sel surya sebagai sumber energi bersih pada
tahun 2025 sebesar 800 MWp. Hal ini berarti bahwa kurang lebih 40 MWp pembangkit listrik
tenaga surya harus dibangun per tahunnya. Rencana tersebut perlu mendapat perhatian khusus
karena penggunaan teknologi sel surya pasti membutuhkan baterai sekunder sebagai tempat
penyimpanan energi listriknya. Penulis sangat menyayangkan saat ini produk baterai yang
beredar banyak di pasaran, terutama baterai jenis deep-cycle adalah baterai sekunder import
dari negara lain, khususnya negara China. Sementara di sisi lain, di Indonesia pengkajian dan
pengembangan teknologi baterai masih sangat sedikit, saat ini yang sedang dalam tahap
pengkajian dan pengembangan adalah baterai jenis lithium untuk kendaraan bermotor (mobil
listrik).
Teknologi penyimpanan energi selain diperlukan untuk mendukung sistem jaringan yang
terintegrasi dengan pembangkit listrik energi alternatif serta utilitas transmisi dan distribusi
juga diperlukan untuk berbagai aplikasi di sektor rumah tangga, komersial dan industri seperti
terlihat pada gambar dibawah ini:
PTKKE - BPPT
2
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
Gambar I.1 Peran penyimpan energi listrik dalam jaringan perusahaan listrik [1]
Pada kajian in akan dibahas mengenai status teknologi baterai di Indonesia, identifikasi isu
yang berkaitan dengan pengembangan teknologi penyimpanan energi di dunia, kesenjangan
penelitian, kendala dan tantangan untuk mengembangkan teknologi baterai di Indonesia.
Setiap pembahasan tentang strategi pengembangan teknologi penyimpanan energi
harus
dimulai dengan penilaian terhadap beragam teknologi yang ada. Untuk menentukan potensi
pengembangan industri baterai di Indonesia, maka diperlukan data tentang status teknologi
penyimpanan energi saat ini dan kemungkinan kemajuan teknologi yang akan terjadi dalam
waktu dekat.
Berdasarkan jenisnya, baterai dapat dibagi menjadi baterai primer (primary battery) dan
baterai sekunder (secondary battery). Baterai primer adalah baterai yang tidak dapat diisi
muatan listrik kembali (charge) setelah habis digunakan, sedangkan baterai sekunder dapat
diisi kembali oleh muatan listrik (rechargeable).
Hampir semua bidang memerlukan baterai sekunder sebagai sumber penyimpan dan pemasok
energi listrik. Hal ini karena baterai sekunder, selain dapat diisi kembali oleh muatan listrik
(rechargeable), juga dengan mudah dapat dipindahkan dari satu tempat ke tempat lainnya
(portable). Aplikasi baterai sekunder dapat digunakan dalam bidang telekomunikasi,
kedokteran, penyediaan tenaga listrik, kelautan dan sebagainya.
PTKKE - BPPT
3
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
Dalam Kajian ini, penulis lebih memfokuskan pembahasan pada aplikasi baterai sekunder
untuk penyediaan energi bersih yang dapat dijadikan sebagai penyimpan energi listrik untuk
sumber energi terbarukan, energi surya dan energi angin yang terintegrasi dalam sistem grid
yang cerdas (smart grid)
Ada berbagai jenis baterai sekunder yang saat ini secara komersial telah diproduksi. Masingmasing jenis baterai tersebut memiliki karakteristik yang berbeda-beda. Parameter-parameter
utama untuk membedakan baterai satu dengan yang lainnya diantaranya yaitu kerapatan
energi (Wh/dm3), kerapatan energi jenis (Wh/kg), kerapatan daya (W/kg), kapasitas (Ah/g),
dan banyaknya siklus (cycles). Pada Bab II akan dibahas mengenai jenis-jenis baterai
sekunder yang sedang dikembangkan dan yang telah ada di pasaran.
PTKKE - BPPT
4
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
BAB II. JENIS dan STATUS TEKNOLOGI PENYIMPAN ENERGI
Pada laporan ini, penulis membagi jenis dan karakterisktik tekonologi penyimpan energi ke
dalam beberapa kelompok diantaranya: penyimpan energi elektrokimia, penyimpan energi
mekanik, penyimpan energi thermal dan penyimpan energi hidrogen dimana setiap jenis
teknologi masing-masing memiliki keunggulan dan kekurangan seperti diuraikan dalam
penjelasan di bawah ini. Gambar di bawah ini sedikit banyaknya memberikan gambaran
tentang perbandingan daya output dan waktu pelepasan (discharge) yang dimiliki oleh
masing-masing teknologi penyimpan energi.
Gambar II.1 Perbandingan daya dan waktu pelepasan pada berbagai jenis teknologi
penyimpan energi [2]
I.1. Penyimpan Energi Berbahan Elektrokimia
Penyimpan energi elektrokimia terdiri dari dua bagian yaitu elektroda dan elektrolit. Pada
teknologi baterai yang konvensional, umumnya energi disimpan dalam elektroda sementara
ion penghantar listrik justru ada pada proses elektrokimia yang terjadi dalam elektrolit.
Baterai isi ulang (rechargeable) didalamnya terdapat elektrolit yang mengandung satu atau
lebih larutan aktif yang mengalir melalui sel elektrokimia yang kemudian diubah energi
kimianya secara langsung menjadi listrik. Kemajuan teknologi material dan kontrol pada
interface antara elaktroda dan elektrolit akan mendorong peningkatan kinerja dari baterai
elektrokimia. Peluang lain yang mungkin juga dapat terjadi adalah dengan menggabungkan
PTKKE - BPPT
5
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
dua perangkat seperti baterai yang memiliki rapat energi
2013
tinggi dengan kapasitor yang
memiliki kepadatan daya tinggi.
I.1.1. Baterai Asam Timbal (Lead Acid)
Baterai asam timbal adalah baterai sekunder yang paling banyak dikembangkan di dunia.
Baterai jenis ini pertama kali ditemukan oleh Gaston Planté pada tahun 1859. Baterai asam
timbal banyak digunakan untuk aplikasi otomotif, sehingga dinamakan juga sebagai baterai
SLI (Starting, Lightning and Ignition). Penggunaan masal baterai jenis SLI dikarenakan
material untuk membuat baterai tersebut cukup murah namun baterai memiliki performa
cukup baik. Akan tetapi, untuk aplikasi yang membutuhkan daya yang lebih tinggi dengan
waktu yang relatif lama, baterai SLI tidak dapat digunakan. Hal ini karena baterai asam
timbal hanya memiliki kedalaman pelepasan muatan listrik (Depth of Discharge – DOD)
sebesar 50 % saja.
Baterai jenis asam timbal tersusun atas timbal dioksida sebagai katoda, sepon logam timbale
sebagai anoda dan asam sulfat sebagai elektrolitnya. Setiap sel memiliki tegangan sebesar 2
Volt. Keuntungan penggunaan baterai jenis asam timbal diantaranya adalah kuat, murah,
handal, toleran terhadap kelebihan pengisian, impedansi internal yang rendah, dan banyaknya
perusahaan pembuat baterai jenis ini di berbagai belahan dunia. Sedangkan kekurangan dari
baterai jenis SLI ini diantaranya adalah sangat berat, memiliki efisiensi energi yang rendah
(sekitar 70%), berbahaya jika kelebihan panas pada saat pengisian, memiliki waktu siklus
yang rendah (300-500 siklus), dan materialnya berbahaya bagi lingkungan. Saat ini telah
dikembangkan baterai asam timbal tipe free maintenance (bebas perawatan) dimana pada
sistemnya digunakan katup pengatur. Aplikasi baterai ini banyak digunakan pada industri
otomotif, kelautan, telekomunikasi dan uninterruptible power supply (UPS). Namun untuk
aplikasi grid skala besar, baterai asam timbal konvensional masih menjadi alternatif yang
terbaik. Biaya baterai asam timbal untuk penyimpanan energi massal berkisar antara $ 425 - $
980/kWh.
Karena operator jaringan tidak bisa mengendalikan kondisi fluktuatif yang terjadi pada sistem
jaringan yang menggunakan energi baru terbarukan (terutama untuk sumber energi seperti
matahari dan angin), maka masalah baterai yang dihadapi adalah siklus umur yang pendek
dan ekstra perawatan. Beberapa produsen baterai timbal di luar negeri telah melakukan
beberapa perbaikan pada sistem baterai ini yaitu dengan menambahkan karbon pada
PTKKE - BPPT
6
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
elektrodanya sehingga dapat meningkatkan output daya dan mengurangi reaksi kimia yang
merugikan di dalam sel baterai.
Masalah lain yang dihadapi pada pengembangan industri baterai timbal adalah :
•
diperlukan manajemen thermal yang aman seperti kemungkinan untuk pendinginan
otomatis
•
diperlukan perancangan baterai asam timbal yang khusus untuk sistem grid.
I.1.2. Baterai Berbahan Dasar Nikel
I.1.2.1.
Baterai Nikel Kadmium (NiCad)
Baterai nikel kadmium ditemukan tahun 1899, namun baru diproduksi secara masal pada
tahun 1960an. Baterai jenis ini memiliki tegangan sel sebesar 1,2 Volt dengan kerapatan
energi dua kali lipat dari baterai asam timbal. Sebagai katoda, baterai ini menggunakan nikel
hidroksida Ni(OH) 2 dan kadmium (Cd) sebagai anodanya yang dipisahkan oleh lkalin
potasium hidroksida sebagai elektrolitnya. Baterai nikel kadmium memiliki nilai hambatan
internal yang kecil dan memungkinkan untuk di charge dan discharge dengan rate yang
tinggi. Dibandingkan dengan baterai asam timbal, baterai nikel kadmium memiliki waktu
siklus yang lebih lama dan perawatan yang ringan. Umumnya baterai jenis ini memiliki
waktu siklus hingga lebih dari 500 siklus. Salah satu kekurangan baterai jenis nikel kadmium
adalah adanya efek ingatan (memory effect) yang berarti bahwa baterai dapat mengingat
jumlah energi yang dilepaskan pada saat discharge sebelumnya. Efek ingatan disebabkan
oleh perubahan yang terjadi pada struktur Kristal elektrode ketika baterai nikel kadmium diisi
muatan listrik
kembali sebelum seluruh energy listrik yang terdapat pada baterai nikel
kadmium dikeluarkan/digunakan. Selain itu, baterai nikel kadmium juga sangat sensitif
terhadap kelebihan pengisian, sehingga perlu perhatian khusus pada saat pengisian muatan
listrik pada baterai.
Saat ini baterai nikel kadmium banyak digunakan untuk alat-alat elektronik seperti halnya
baterai primer. Untuk kebutuhan dalam volume besar, baterai nikel kadmium menimbulkan
masalah seperti toksisitas dan tingkat kesulitan dalam self discharge, oleh karena itu untuk
sementara ini baterai nikel kadmium adalah alternatif solusi jangka pendek sebagai pengganti
baterai asam timbal.
PTKKE - BPPT
7
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
I.1.2.2. Baterai Nikel Metal Hidrida (NiMH)
Baterai nikel metal hidrida sebenarnya memiliki karakteristik yang sama dengan baterai nikel
kadmium. Perbedaannya terletak pada penggunaan material untuk anodanya. Bila pada
baterai nikel kadmium, kadmium digunakan sebagai anoda, maka pada baterai jenis ini metal
hidrida yang digunakan. Metal hidrida terbuat dari campuran lanthanium yang dapat
menyerap dan menghasilkan hidrogen. Baterai jenis ini memiliki kerapatan energi dua kali
lebih besar dibandingkan dengan baterai jenis asam timbal dan 25-40 % lebih tinggi
dibandingkan dengan baterai nikel kadmium. Keuntungan penggunaan baterai jenis nikel
metal hidrida diantaranya adalah rendahnya impedansi internal, memiliki siklus hidup sebesar
500 siklus, dan memiliki kedalaman pelepasan energi listrik yang tinggi. Selain itu baterai ini
juga cenderung lebih ramah lingkungan. Adapun kekurangan baterai nikel metal hidrida yang
paling menonjol yaitu tingginya kecepatan pelepasan muatan sendiri (self-discharge), adanya
efek ingatan dan memiliki efisiensi energi yang cukup rendah (65 %). Sama seperti halnya
pada baterai nikel kadmium, baterai nikel hibrida juga hanya dapat dijadikan sebagai solusi
jangka pendek saja.
I.1.3. Baterai Lithium
Lithium adalah metal yang paling ringan dan memiliki potensial elektrokimia yang paling
tinggi dibandingkan dengan logam lainnya. Baterai berbasis lithium cukup menjanjikan
karena dapat memberikan kapasitas jenis (specific capacity) sebesar 3.600 Ah/kg. Nilai ini
jauh lebih besar dibandingkan dengan kapasitas jenis dari baterai sekunder jenis asam timbal
yang sebesar 260 Ah/kg saja. Penggunaan lithium sebagai baterai, pertama kali dilakukan
oleh perusahaan Exxon (USA) pada tahun 1970 dengan menggunakan LiTiS 2 sebagai katoda
baterai. Ada beberapa jenis baterai sekunder berbasis lithium yang berkembang saat ini,
diantaranya adalah baterai lithium-ion, baterai lithium polimer dan baterai lihium sulfur.
Lithium juga memiliki sifat reaktif yang tinggi terhadap air dan oksigen, untuk itu baterai
lithium harus menggunakan elektrolit yang tidak mengandung air seperti lithium
hexafluorophosphate (LiPF 6 ), Lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) dan Lithium perchlorate
(LiClO 4 ), dimana kesemuanya itu dilarutkan dalam pelarut organik, bukan air.
Dalam baterai Li-ion, lithium ion bergerak dari elektroda negatif ke elektroda positif selama
pelepasan, dan kemudian kembali ke elektroda negatif ketika pengisian. Saat ini baterai
lithium-ion sudah banyak digunakan dalam produk-produk elektronik, tercatat volume
produksinya di seluruh dunia mencapai 10-12 jam gigawatt (GWh) per tahun. Di negara maju
PTKKE - BPPT
8
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
dan berkembang seperti China, teknologi baterai ini dinilai sudah cukup matang dan
komersial untuk diaplikasikan pada produk elektronik dan kendaraan listrik, bahkan mereka
telah memposisikan bahwa Li-Ion menjadi platform teknologi terkemuka untuk produk
mereka.
Mengingat waktu siklus baterai Li-ion yang lebih panjang dan kekompakan dimensi (volume
dan berat) yang relatif lebih kecil, serta efisiensi energi yang tinggi yaitu sekitar 85-90%,
maka baterai Li-Ion ini juga cocok untuk diaplikasikan pada sistem grid energi baru dan
terbarukan (fotovoltaik dan angin). Baterai Li-Ion umumnya bekerja pada tegangan 4 V
dengan energi spesifik antar 100 Wh/kg – 150 Wh/kg. Adapun biaya untuk komersialisasi
baterai lithium saat ini yang sesuai adalah sekitar $900 - $1.900/kWh (EPRI, 2010a, hal 424). Status baterai Li-Ion yang terbaru adalah muncul dengan material nano yaitu penggantian
material grafit-Lithium Kobalt Oksida oleh paduan lithium logam sebagai pengganti
elektroda karbon.
Permasalahan utama pada baterai Lithium adalah sifat larutan elektrolit LiFP 6 – organik yang
bersifat toksid dan mudah terbakar. Adapun solusi sementara yang sedang dikaji adalah
penggunaan garam lithium sebegai alternatif pengganti LiFP 6 .
Indonesia memiliki sumber mineral lithium yang sangat banyak, hal ini dikarenakan wilayah
Indonesia yang merupakan negara kepulauan dengan banyak gunung berapi yang masih aktif.
Mineral Lithium terbentuk dari aliran magma yang membeku menjadi batuan granit dan
lempung monomorillonit. Distribusi batuan granit, banyak dijumpai di seluruh wilayah
Indonesia. Dilihat dari geokimianya, terdapat sungai aktif di Sumatera mengandung lithium di
atas 40 g/ton. Jika kita melakukan dengan serius, maka tidak mustahil kita mendapatkan
mineral lithium di Indonesia. Sumber daya mineral kita sangat mendukung industri baterai.
I.1.4. Baterai Aliran (Flow Batteries)
Baterai aliran merupakan baterai sekunder yang dapat diisi ulang (rechargeable), dimana
elektolitnya mengandung satu atau lebih larutan elektro aktif yang mengalir melalui sel
elektrokimia dan mengubah energi kimia menjadi listrik. Selama proses pengoperasian,
baterai akan mengalami reaksi redoks (reaksi reduksi dan oksidasi). Baterai ini mempunyai
membran atau pemisah untuk mengisolasi elektrolit dalam perpindahan ion. Pada umumnya,
elektrolit disimpan di tangki dan dipompa melalui sel. Baterai tipe ini mudah dan cepat untuk
diisi ulang dengan mengganti elektrolit dan secara bersamaan akan merecover material untuk
PTKKE - BPPT
9
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
pengisian energi kembali. Baterai alir merupakan penyimpan energi yang cukup menarik
untuk sistem grid karena kemampuannya untuk menyimpan energi dalam jumlah yang cukup
besar, mempunyai potensi life cycle yang panjang dan efisiensi yang tinggi. Namun demikian
teknologi ini masih dalam tahap pengembangan awal. Baterai tipe ini mempunyai kelemahan
terkait proses termal dan stabilitas membran kimia dan elektrolit nya. Hal ini berdampak pada
waktu pengoperasian dan umur baterainya. Selain itu desain stack dari baterai tipe ini dapat
menyebabkan scaling. Beberapa masalah penting seperti kebocoran, ketahanan pompa, umur
seal dan pipa memerlukan perhatian yang cukup dan perlu adanya pengembangan dalam
membran, desain stack, sistem monitoring, material baru dan desain sel
Salah satu contoh baterai alir adalah baterai Vanadium Redox. Baterai tipe ini menyimpan
energi dalam bentuk charge ion dalam 2 tanki elektrolit yang terpisah yaitu untuk elektroda
positif dan negatif seperti ditunjukkan pada gambar dibawah ini:
Gambar II.2 Skema Baterai Aliran [3]
Teknologi baterai Vanadium redoks ini adalah salah satu jenis teknologi yang paling matang
diantara teknologi baterai alir lainnya. Pada baterai VRB digunakan cairan vanadium sebagai
elektrolitnya yang disimpan pada tangki luar yang kemudian dialirkan menuju regenerative
fuel cell untuk menghasilkan listrik sebagai hasil reaksi redoks dari elektrokimianya.
Kelebihan dari VRB adalah jumlah energi dapat disimpan sebanyak-banyaknya hanya dengan
cara meningkatkan ukuran tangki elektrolitnya. VRB memiliki internal discharge yang rendah
dan kerugian parasitic yang rendah pula. Siklus VRB diperkirakan sekitar 10000 siklus. Yang
menjadi kelemahan VRB adalah kerapatan energi yang rendah sehingga masih memerlukan
perbaikan pada membran dan elektrolitnya.
PTKKE - BPPT
10
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
I.1.5.
2013
Sodium Beta Alumina Batteries
Sodium (Na) merupakan material baterai yang baik karena mempunyai potensial reduksi yang
tinggi, sehingga mudah untuk menerima elektron. Selain itu, material ini merupakan material
yang ringan, tidak beracun, murah dan cukup banyak tersedia di alam. Sodium juga bersifat
reaktif terhadap air dan oksigen. Sodium beta alumina discharge dengan mengalirkan ion
sodium yang berasal dari cairan sodium pada anoda melalui elektrolit padat beta alumina
(BASE) menuju katoda. Katoda itu sendiri adalah elektrolit sodium polysulfide (Na-S
battery)
.
Gambar II.3
Prinsip Baterai Sodium-sulfida (NaS) [2]
Baterai NaS beroperasi pada temperatur 300 oC, dan menghasilkan listrik dari hasil reaksi
antara sodium dan sulfur. Sulfur cair sebagai elektroda positifnya dan sodium cair sebagai
elektroda negatifnya, keduanya dipisahkan oleh elektrolit padat beta alumina.
Kelemahan dari baterai ini adalah sulitnya suhu pendinginan dapat tercapai, karena pada saat
pendingin sodium dan sulfur akan menjadi padat dan rusak. Untuk itulah baterai NaS
dibungkus agar eletrolit di dalamnya tetap basah. Dan karena sodium polysulfida memiliki
sifat korosif yang tinggi, maka setiap selnya harus ditutup dengan casing baja. Baterai sodium
seharusnya mempunyai titik lebur elektroda yang rendah dan elektrolit yang solid sehingga
bisa beroperasi pada temperatur rendah. Dengan demikian dapat mengurangi panas yang
terbuang, meningkatkan efisiensi, mengurangi harga material dan meningkatkan durabilitas.
PTKKE - BPPT
11
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
Gambar II.4 Contoh Baterai NaS [1]
Teknologi NaS baterai telah didemonstrasikan pada 190 lebih lokasi di Jepang, total kapasitas
yang terpasang adalah 270 MW. Baterai NaS terbesar adalah 34 MW, atau 245 MWh
digunakan untuk mensupport pembangkit listrik tenaga angin di bagian utara Jepang.
Gambar II.5 Baterai NaS yang diproduksi oleh NGK [1]
NGK membuat
baterai Sodium untuk penyimpan energi skala grid. Sejak tahun 2002,
perusahaan Jepang memproduksi modul baterai Na-S yang mampu beroperasi pada 50 kW
selama 6 jam. Pada tahun 2009, NGK mendistribusikan ke 200 lokasi di seluruh dunia dengan
total kapasitas 300 MW.
PTKKE - BPPT
12
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
I.1.6. Metal Air Batteries
Penamaan baterai Metal Air berasal dari reaktan yang menyediakan energi yang didapat dari
reaksi elektrokimia. Sebagai contoh baterai Zinc-udara, energi dilepaskan melalui oksidasi
Zinc dengan oksigen dari udara. Baterai tipe ini hampir sama dengan fuel cell dimana
oksidator maupun bahan bakar tidak dipacking dalam sel.
Gambar II.6
Struktur Baterai Li-udara [2]
Baterai Zn-udara secara komersial dikembangkan pada awal 1932 untuk aplikasi komunikasi
daerah terpencil. Zn-udara fuel cell dengan recharging mekanik digunakan sebagai power
untuk bus dan pembangkit listrik stasioner. Secara umum fuel cell tipe ini adalah katoda tipis
yang terdiri dari katalis bukan logam mulia pada kolektor karbon, pemisah membran polimer,
elektrolit basa dan serbuk zinc sebagai anoda. Katalis reduksi oksigen yang digunakan pada
katoda terdiri atas mangan oksida yang dibuat secara sol gel. Katalis ini harus mampu untuk
mengurangi dan mengembangkan oksigen.
I.1.7. Kapasitor Listrik Dua Lapis Ganda (Electric Double Layer Capacitors)
Electric double layer capacitor (EDLC) biasa disebut superkapasitor atau dikenal juga
sebagai ultrakapasitor, superkondensor, pseudocapacitor, kapasitor elektrokimia double layer
atau ultrakapasitor adalah kapasitor elektrokimia yang mempunyai densitas energi besar jika
dibandingkan dengan kapasitor konvensional, kapasitor jenis ini mempunyai densitas energi
1000 kali lebih besar. Komersial superkapasitor tertinggi bisa mempunyai kapasitan sampai
3.000 farad (A. Burke. 2000). Superkapasitor mempunyai variasi komersial aplikasi,
PTKKE - BPPT
13
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
diantaranya adalah pada kendaraan elektrik, sebagai pengganti power suplai, mobile devices.
Berdasarkan tren riset dan pengembangan, superkapasitor dapat dikelompokkan dalam tiga
kelas, elektrokimia kapasitor dua lapisan, pseudokapasitor dan hibrid kapasitor, penyebab
utama dari tiga kelas ini adalah pada jenis elektroda yang digunakan.
Kapasitor dua lapisan terdiri dari elektroda yang dihubungkan secara kontak langsung dengan
pengumpul arus, sedangkan antara elektroda ditempatkan separator dan pada elektroda
sebagai bahan aktif diinjeksikan elektrolit. Pada superkapasitor dua lapisan berdasarkan pada
jenis elektrodanya dapat dikelompokan menjadi aktivasi karbon, karbon aerogel dan karbon
nanotube.
Salah satu kekurangan supercapasitor adalah penyimpanan tenaga spesific yang relatif rendah
(R. Kotz, et al. 2000). Pada produk komemersial, supercapasitor mempunyai spesifik energi
dibawah 10 Wh kg-1, lebih rendah jika dibandingkan dengan batterai asam timbal yaitu 35-40
Wh kg-1, tetapi untuk litium ion dapat mencapai 150 Wh kg-1. Supercapasitor mempunyai
spesifik daya yang lebih tinggi dari betterai. Sisi positif lain adalah siklus hidup yang lebih
tinggi, dapat dioperasikan pada range temperatur yang lebih besar dan charge dan discharge
yang cepat.
Untuk pengembangan lebih lanjut EDLC ini perlu adanya control dalam ukuran pori
elektroda. Para peneliti menyarankan ukuran optimum pori adalah sedikit lebih kecil dari
ukuran ion yang berpindah. Perlu juga dipertibangkan distribusi ukuran pore dalam elektroda
karbon
I.1.8. Pseudocapacitors
Psedokapasitor dibangun menggunakan elektroda dari bahan metal oksida atau hidroksida,
seperti ruthenium, cobalt, nikel dan mangan oksida atau hidroksida. Bahan-bahan ini dalam
bentuk konduktor atau semikonduktor dan menunjukkan sifat-sifat redox aktiv yang
menghasilkan pseudokapasitance. Pemakaian ruthenium oxide pada superkapasitor dengan
pertimbangan dapat menghasilkan kapasitan yang relative konstan pada tegangan diatas 1.4 V
dengan spesifik kapasitan dalam range 600 – 1000 F/g tergantung cara preparasinya (C. Peng,
et al, 2008), dan relatif stabil untuk siklus yang lama.
PTKKE - BPPT
14
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
I.1.9. Hybrid Capacitors
Hybrid capasitor adalah teknik menggabungkan dua jenis kapasitor yaitu EDLC dan
pseudocapacitors. Strategi untuk memasangkan material elektroda EDLC dengan material
pseudocapacitif baik dengan elektroda yang sama ataupun peralatan yang sama merupakan
cara yang menjanjikan untuk membuat peralatan baru yang menjembatani jarak/gap antara
kapasitor, kapabilitas power tinggi, baterai dan kapabilitas penyimpan energi.
Produsen dapat membuat elektoda hybrid dengan melapisi carbon nanotube dengan
konduktor polimer. Elektroda tipe ini akan menghasilkan kapasitansi 170 F/g.
Peralatan hybrid dapat dibuat dengan memasangkan elektroda negatif karbon dengan
pseudocapacitive transition metal oxide (TMO) atau elektroda positif polimer. Baterai leadcarbon merupakan hybrid antara teknologi lead acid tradisional dengan kapasitor karbon.
I.2.
Penyimpan Energi Mekanik
I.2.1. Bendungan Hidroelektrik (Pumped Storage Hydro - PSH)
Penyimpan energi bertenaga air yang dipompakan lebih dikenal dengan istilah pumpedstorage hydroelectricity (PSH) dimana PSH ini adalah jenis pembangkit listrik tenaga air
yang banyak digunakan oleh beberapa pembangkit lisrik untuk penyeimbang beban (load
balancing). Metode penyimpan energi ini adalah memanfaatkan energi potensial air dimana
air dipompakan dari reservoir elevasi lebih rendah ke reservoir yang lebih tinggi. Pada saat
diluar beban puncak, listrik digunakan untuk menggerakkan pompa, namun pada saat beban
puncak, air dialirkan kembali menuju turbin (pompa reversible) yang
diletakkan dekat
reservoir pada elevasi yang lebih rendah, sehingga menghasilkan listrik kembali.
PTKKE - BPPT
15
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
Gambar II.7 Penyimpan Energi Pumped Hidroelektrik – PSH [2]
Secara teknik, PSH ini merupakan teknologi penyimpan energi yang paling efektif yaitu dapat
menyimpan jumlah energi yang besar, namun secara ekonomi tergolong mahal karena selain
ukuran area reservoir yang besarnya juga ada kerugian biaya listrk yang ditimbulkan untuk
menjalankan pompa. Namun demikian jenis penyimpan energi ini masih terbilang kompetitif
dibanding jenis lainnya bila dilihat dari harga per kW atau per kWh nya.
Saat ini PSH yang sudah terpasang dan beroperasi di seluruh dunia adalah sekitar 129 GW.
Aplikasi utamanya untuk manajemen energi, keseimbangan energi, kontrol frekwensi dan
untuk penyediaan sistem cadangan. Italia dan Swiss pertama kalinya mengembangkan sistem
ini pada tahun 1890 an, kemudian pada tahun 1933 para insinyur membuat pompa turbin
reversible yang dilengkapi dengan motor generator. Pompa hidro tersedia dalam banyak
ukuran dengan waktu discharge yang beragam dari beberapa jam sampai beberapa hari.
Teknologi PSH ini dapat dikatakan sudah cukup matang dan secara komersial penyimpan
energi tipe ini dikembangkan sampai kapasitas 4.000 MW dan mempunyai umur ekonomi
yang tinggi, yaitu sekitar 50 tahun.
Adapun kekurangan dari teknologi ini adalah waktu konstruksi untuk pembangunan PSH
pada umumnya memerlukan waktu yang lama dan biaya yang besar.
I.2.2. Penyimpan Energi Udara Bertekanan (CAES=Compressed Air Energy Storage)
Penyimpan energi tipe udara bertekanan merupakan metode penyimpanan dengan
menggunakan energi listrik untuk menekan udara dan menyimpannya dalam reservoar baik
yang terletak di bawah tanah ataupun dalam pipa atau tangki yang terletak di atas tanah.
PTKKE - BPPT
16
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
Kemudian ketika beban puncak, udara bertekanan tersebut dilepaskan untuk dialirkan pada
turbin konvensional sehingga dihasilkan listrik untuk mensuplai energi listrik pada jaringan.
Disamping itu udara bertekanan dapat dipanaskan dengan menggunakan panas buang dari
mesin atau pembangkit listrik untuk meningkatkan tekanannya.
Gambar II.8 Penyimpan tipe kompresi udara dengan tangki penyimpan di bawah tanah [2]
Penyimpan energi udara bertekanan dibangun pertama kalinya di Huntort, Jerman dengan
kapasitas 290 MW dan beroperasi sejak 1978. Kemudian di Mc Intosh Alabama dibangun
pembangkit yang modern 110 MW dengan kapasitas penyimpanan 2.700 MWh dan
beroperasi sejak 1991. Kedua pembangkit
tersebut merupakan satu-satunya yang
menggunakan penyimpan energi kompresi udara yang beroperasi di dunia. Pembangkit ini
disebut penyimpan energi udara bertekanan generasi pertama.
Generasi kedua penyimpan energi tipe ini adalah dengan memodifikasi struktur dengan
meningkatkan efisiensi energi. Penyimpan energi kompresi udara yang terdapat di Huntort
mempunyai efisiensi sebesar 42%, sementara yang terletak di Mc Intosh Alabama
mempunyai efisiensi 54%.
Penyimpan energi tipe ini juga dikembangkan di Iowa dengan kapasitas 260 MW di mana
ditujukan untuk penyimpan energi angin. Selain itu, di Ohio juga dibangun dengan kapasitas
2.700 MW.
PTKKE - BPPT
17
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
Ada 2 buah kekurangan dalam sistem penyimpan tipe compressed air, yaitu :
a. Berkurangnya efisiensi terkait dengan proses pendinginan/pemanasan ulang
b. Emisi CO 2 yang dihasilkan oleh proses pemanasan ulang
Para peneliti melakukan pengembangan teknologi penyimpan CAES dengan melakukan
modifikasi sistem menjadi sistem adiabatik yang canggih/maju. Tipe CAES menggunakan
intercooling dan aftercooling untuk menghilangkan panas, namun pada tipe adiabatik ini
menggunakan energi termal yang menyerap panas dari kompresi udara panas yang digunakan
untuk memanaskan ulang sebelum ditekan, sehingga akan meningkatkan efisiensi.
Pengembangan teknologi CAES difokuskan pada desain kompresor tekanan tinggi ataupun
temperatur tinggi dengan memperhatikan pemilihan bahan/material, ekspansi panas, konsep
sealing dan batasan panas untuk bearing dan lubrikasi. Selain itu, juga dilakukan
pengembangan terhadap thermal energy storage (TES) yang lebih efisien.
Pengembangan CAES generasi kedua yaitu dengan mempertahankan proses pendinginan
ataupun pemanasan ulang namun dilakukan penambahan cycle untuk meningkatkan efisiensi.
I.2.3. Penyimpan Energi Roda Gila (Flywheels)
Penyimpan energi tipe Flywheel bekerja dengan memutar rotor (flywheel) secara sangat cepat
dan mempertahankan energi dalam sistem sebagai energi putar. Energi akan diubah kembali
dengan memperlambat roda gila tersebut. Sistem pada roda gila itu sendiri adalah baterai
kinetik atau baterai mekanis dimana pada saat roda gila berputang dengan kecepatan yang
sangat tinggi untuk menyimpan energinya. Penyimpan energi jenis flywheel menggunakan
listrik untuk mengatur kecepatannya, namun para insinyur mengembangkan peralatan yang
menggunakan energi mekanik secara langsung.
Penyimpan energi tipe flywheel yang canggih mempunyai rotor yang terbuat dari carbon
filamen yang mempunyai kekuatan tinggi, suspensi dengan menggunakan bearing magnetik
dan mampu berputar dengan kecepatan 20.000 sampai 50.000 RPM dalam kondisi vakum.
PTKKE - BPPT
18
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
Gambar II.9 Baterai Flaywheel produksi Beacon Power [4]
Flywheel merupakan peralatan mekanik yang mempunyai gaya inersia yang besar dan
menyimpan energi dalam bentuk putaran. Komponen utama flywheel adalah rotor, stator dan
bearing. Pada inti roda gila terdapat rim komposit serat karbon, didukung oleh hub logam dan
motor/generator yang dipasang pada poros. Ketiganya dirakit membentuk sebuah rotor. Saat
pengisian (menyerap energi) motor roda gila tersebut bertindak seperti beban dan menarik
daya dari jaringan untuk mempercepat putaran rotor hingga mencapai kecepatan yang lebih
tinggi. Saat pemakaian, motor diaktifkan ke modus pembangkit dan energi inersia dari rotor
akan menggerakkan generator hingga menghasilkan listrik yang dialirkan kembali ke
jaringan.
Pemilihan bahan/material merupakan hal penting dalam teknologi flywheel. Energi yang
tersimpan secara proporsional tergantung pada masa dan luasan kecepatan putaran atau lebih
tepatnya pada kecepatan angularnya. Pada kecepatan putaran yang sama, flywheel yang
mempunyai masa lebih tinggi mampu menyimpan energi lebih banyak/besar.
Panjang optimal rotor secara langsung berhubungan dengan pertimbangan dinamis flywheel.
Para insinyur memilih panjang flywheel untuk menghindari eksitasi kritis, dimana panjang
yang aman adalah di bawah kecepatan rotor saat flywheel berputar pada kecepatan saat
tekanan maksimum.
PTKKE - BPPT
19
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
Bearing merupakan support rotor. Bearing dapat berbentuk bola dan bisa bersifat magnetik,
dikarakterisasi atas berat, losses, biaya dan umur pemakaian. Bearing magnetik mempunyai
keunggulan yaitu mempunyai kecepatan putar yang tinggi dan karakteristik vibrasi yang
bagus. Sementara bearing bentuk bola mempunyai kelebihan dalam materinya yaitu keramik
ataupun baja keras. Pada kecepatan putar yang tinggi, bearing magnetik merupakan pilihan
yang baik. Pada kecepatan tertentu, bearing bola mempunyai keunggulan di dalam beratnya
berkaitan dengan loses gesekan/hambatan yang rendah.
Sistem penyimpan energi Flywheel yang modern mengandalkan bearing magnetik. Operator
mempertahankan efisiensi flywheel dengan menempatkannya pada lingkungan vakum untuk
mengurangi gesekan/tarikan. Pada awalnya, developer menggunakan bearing mekanikal,
namun akhir-akhir ini dikembangkan untuk meningkatkan performa dan harga, dengan
menggunakan bearing superkonduktor temperatur tinggi. Penggunaan bearing tipe ini dapat
mengurangi rugi gesekan dan memperpanjang waktu penyimpanan.
Pemilihan bahan/material untuk silinder tergantung pada aplikasi dan manufaktur harus
memperhatikan biaya, berat, ukuran dan kinerjanya. Salah satu keterbatasan desain flywheel
adalah kekuatan tensile dari bahan/material yang digunakan untuk rotor. Semakin kuat
cakram/disc yang digunakan maka akan semakin cepat putarannya dan semakin banyak
energi yang dapat disimpan.
Teknologi flywheel terus ditingkatkan melalui pengembangan material ringan, mikro
elektronik dan sistem bearing magnetik. Produsen flywheel telah menguji desain flywheel dan
menunjukkan power densitas pada kecepatan 11.0000 RPM adalah melebihi 11,9 kW/kg
dengan efisiensi 93%. Saat ini para peneliti memfokuskan pada pengembangan komponen
rotor untuk menghasilkan energi melalui rotasi/pemutaran. Selain itu para peneliti dan suplier
terus mengembangkan untuk mendapatkan flywheel yang murah dan sistem yang efisien
sehingga dapat menyimpan energi dalam waktu yang lebih lama.
Dewasa ini, perusahaan manufaktur mengembangkan flywheel sistem untuk telekomunikasi
dengan kapasitas 2 kWh dan 6 kWh. Beacon Power telah berhasil dalam mengembangkan
jaringan flywheel yang terdiri dari 40 buah wheel dengan kapasitas 25 kWh dan mampu
menyimpan 1 MW selama 1 jam. Beacon Power sekarang ini mengembangkan dan
mendemonstrasikan plant flywheel dengan kapasitas 20 MW untuk aplikasi regulasi
frekwensi.
PTKKE - BPPT
20
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
Harga flywheel bervariasi antara 100 US$/kW untuk kapasitas besar dan RPM yang rendah
sampai 300 US$/kW untuk kapasitas kecil dan RPM tinggi. Biaya instalasi termasuk koneksi
listrik berkisar antara 20 US$/kW sampai 40 US$/kW. Adapun biaya operasi dan
pemeliharaan tergantung pada jenis flywheel. Perbaikan yang dilakukan oleh staf internal
akan murah dibanding perbaikan yang dilakukan oleh pihak vendor yaitu 3 US$/kW/tahun.
Keterbatasan teknologi flywheel terletak pada kapasitas penyimpan energi. Kecepatan yang
didapat berakibat pada energi yang dikembalikan ke grid. Pada kecepatan rendah, flywheel
tidak dapat mengirimkan nominal power. Sebagai contoh pada perbandingan kecepatan lebih
dari 3:1 flywheel akan memberikan 90% dari energi yang tersimpan kepada beban listrik.
Flywheel bisa mempunyai efisiensi yang tinggi dan memberikan kelebihan dibanding
teknologi penyimpan energi lainnya. Bagaimanapun juga, kehilangan friksi pada putaran
flywheel merupakan salah satu keterbatasan dalam teknologi flywheel dan menghambat
potensi flywheel sebagai penyimpan jangka panjang. Diperkirakan bahwa 200 ton flywheel
dapat kehilangan power sampai 200 kW. Dengan asumsi efisiensi 85%, efisiensi total dapat
turun menjadi 78% setelah beroperasi selama 5 jam dan turun menjadi 45% setelah beroperasi
selama sehari. Akhir-akhir ini Flywheel menggunakan bearing magnetik dan mekanik dan
dapat mengirimkan power dalam waktu singkat (5-30 detik).
Pada aplikasi yang menggunakan flywheel sebagai back up power, flywheel dapat bekerja
dengan durasi yang singkat. Waktu untuk back up biasanya sekitar 15 detik, di mana dengan
waktu tersebut cukup untuk memback up generator secara penuh dan menjadi pilihan sebagai
back up primer. Flywheel tidak dapat digunakan secara sendiri sebagai back up power tanpa
adanya baterai atau generator. Selain itu flywheel tidak dapat digunakan bila generator tidak
handal untuk mencapai kondisi power yang penuh (full power) dalam waktu 10 detik.
I.3.
Penyimpan Energi Thermal (Thermal Energy Storage-TES)
TES adalah teknologi penyimpan panas dengan cara memanaskan atau mendinginkan suatu
media sehingga energi yang tersimpan tersebut dapat digunakan untuk aplikasi pemanas dan
pendingin serta pembangkitan listrik. Pemanas listrik atau gas dan pendingin udara sekarang
ini banyak digunakan baik di perumahan maupun secara komersial dan alat ini memerlukan
sejumlah energi yang cukup signifikan. Oleh karena itu TES dapat membantu mengurangi
ketergantungan pada konsumsi bahan bakar fosil serta dapat mengurangi emisi CO 2 .
Secara umum ada 3 tipe mekanisme sistem penyimpan energi termal yaitu :
PTKKE - BPPT
21
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
1. Penyimpan Panas Sensible (Sensible Heat Storage) yaitu energi panas disimpan dengan
cara menaikkan temperatur material/fluida. Jumlah energi pada material secara sederhana
dapat ditingkatkan dengan memanaskan material tersebut sampai suhu tinggi. Energi yang
mengakibatkan terjadinya perubahan temperatur tersebut disebut panas sensible, besar
panas sensible merupakan hasil dari panas spesifik dan perubahan temperatur. Cara
perpindahan panas dapat melalui radiasi, konveksi dan konduksi.
2. Penyimpan energi panas laten yaitu pemanfaatan energi pada saat perubahan fasa. Material
akan menyerap ataupun membuang panas ketika material tersebut berubah dari padat
menjadi cair dan sebaliknya. Sebagai contoh perubahan material dengan panas laten tinggi
adalah air yang dapat berubah menjadi es ataupun uap.
3. Penyimpan panas termo kimia yaitu sistem penyimpanan pada energi yang diserap dan
dilepaskan dalam proses pembentukan dan pelepasa ikatan molekul pada reaksi kimia.
Ada beberapa jenis teknologi TES yang sedang dikembangkan saat ini yaitu:
I.3.1. Solar Thermal
Integrasi penyimpan energi termal dengan energi solar dapat digunakan untuk mendukung
sistem jaringan. Berbeda dengan Photovoltaik, Solar Thermal menggunakan energi panas
dari matahari untuk memanaskan fluida yang selanjutnya fluida tersebut dialirkan melalui
suatu sistem untuk menggerakkan turbin sehingga dihasilkan listrik.
Gambar II.10 Sistem penyimpan energi solar termal [5]
PTKKE - BPPT
22
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
Pada sistem solar thermal terdapat panel kolektor berupa kaca cermin atau lensa yang
berfungsi untuk menangkap panas sinar matahari dan tangki berinsulasi yang berfungsi untuk
menyimpan fluida yang telah dipanaskan. Sinar matahari dipantulkan oleh cermin menuju ke
receiver (solar receiver steam generator) dimana panas dari matahari dikumpulkan dan
digunakan untuk memanaskan fluida dengan menggunakan sistem boiler yang dapat
mengubah fasa cair menjadi fasa uap. Selanjutnya uap ini dialirkan melalui sebuah pipa untuk
menggerakkan turbin yang kemudian akan memutar generator dan menghasilkan tenaga
listrik.
Gambar II.11 Sistem pembangkit listrik dengan memanfaatkan solar thermal [6]
Saat ini ada empat macam disain panel kolektor yang dapat digunakan yaitu: Parabolic
trough, dish striling, fresnel reflector dan solar power tower seperti ditunjukkan pada gambar
di bawah ini:
Parabolic Trough
PTKKE - BPPT
23
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
Fresnel Reflector
2013
Solar Power Tower
Gambar II.12 Jenis- jenis kolektor solar termal [6]
Status teknologi solar thermal saat ini dapat dikatakan sudah matang terbukti dari banyaknya
negara yang memproduksi dan mengembangkan teknologi ini diantaranya yaitu:
1. California, Amerika Serikat, Pada tahun 1980 dan 1990, Departemen Energi Amerika
mensponsori fasilitas demonstrasi 10 MW Solar One dan Solar Two menunjukkan
karakteristik penyimpan CSP power tower dengan garam molten. Konfigurasi power tower
ini menggunakan garam sodium dan potasium nitrat untuk mengumpulkan dan menyimpan
energi termal dan kemudian mengirimkannya pada turbin uap ketika operator grid
membutuhkan listrik, kapasitas lainnya adalah 354 MW yang dikembangkan pada tahun
1984 - 1991 oleh SEGS-Luz, 5 MW dalam proyek Sierra Sun Tower pada tahun 2009 dan
5 MW dalam proyek areva solar pada tahun 2008 dengan menggunakan fresnel linier.
2. India, dengan area seluas 219.000 meter persegi maka kolektor mampu menghasilkan
listrik sebesar 35-40 MW dengan rata-rata intensitas penyinaranya adalah sebesar 5.8
KWH per meter persegi per hari.(Gordon Feller).
3. Jerman, pada tahun 2011 total solar thermal yang terpasang adalah 1,66 juta unit dan
menghasilkan energi 5,6 TWth.
4. Spanyol dan Australia saat ini adalah negara terkemuka dalam produksi energi solar
thermal
Para peneliti telah menguji bermacam fluida seperti air, udara, minyak dan sodium untuk
memindahkan panas matahari. Sekarang ini, garam molten merupakan fluida terbaik.
Produsen menggunakan garam molten dalam sistem solar power tower dikarenakan dapat
mencapai temperatur tinggi pada tekanan atmosfir tanpa adanya proses pendidihan. Garam
PTKKE - BPPT
24
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
molten bersifat efisien, biaya yang rendah, mempunyai temperatur operasi yang dapat
bersaing dengan turbin uap tekanan tinggi dan suhu tinggi. Selain itu, garam ini juga tidak
mudah terbakar dan tidak beracun.
Para produsen menggunakan garam molten dalam industri kimia dan logam sebagai fluida
pemindah panas. Garam molten adalah campuran dari 60% sodium nitrate dan 40%
potassium nitrat, dan dikenal dengan nama saltpeter. Insinyur dapat memasukkan calsium
nitrat dalam campuran garam untuk mengurangi biaya dan mendapatkan keuntungan secara
teknik. Titik leleh garam ini 220 OC. Operator harus menjaga cairan garam ini selama umur
plant, memindahkan dari tanki bersuhu dingin menuju tangki bersuhu panas. Tangki diisolasi
secara menyeluruh, Ukuran tangki dan persediaan garam tergantung pada temperatur operasi
serta tergantung pada kapasitas penyimpanan dan teknologinya dan kebutuhan menyimpan
energi untuk beberapa waktu.
I.3.2. Penyimpan Energi Thermal untuk Heating, Ventilation, and Air Conditioning
(HVAC)
Sistem penyimpan energi thermal dianggap mampu mengatasi masalah dalam pengadaan
pasokan energi untuk pemenuhan kebutuhan di sektor rumah tangga, bangunan komersial dan
industri. Seperti yang telah diketahui dari banyak sumber bahwa energi yang digunakan oleh
sektor rumah tangga dan bangunan komersial adalah sebagian besar digunakan untuk
keperluan HVAC yaitu sekitar 55% dari total konsumsi energinya. Dengan sistem TES, maka
kebutuhan energi untuk HVAC dapat disupplai karena TES dapat membantu mengurangi
konsumsi energi pada saat waktu beban puncak serta mengurangi emisi gas CO 2 .
Selain jenis solar thermal, sistem TES juga dapat digunakan untuk aplikasi pendingin
ruangan. Sistem ini terdiri dari tangki penyimpan fluida, refrigerator atau pendingin, pipa
penghubung, pompa dan kontrol. Media yang digunakan pada umumnya air, es dan material
yang dapat berubah fasa.
Panas yang digunakan adalah panas laten, teknologi TES jenis ini lebih dikenal dengan
teknologi PCM (Phase Change Material). Prinsip kerjanya cukup sederhana yaitu PCM
sebagai material penyimpan panas latent menggunakan ikatan kimia untuk menyimpan dan
melepas panas. Ketika PCM diberi perlakuan panas hingga temperatur lelehnya, maka
material PCM akan menyerap panas yang cukup besar dan temperatur akan tetap konstan
PTKKE - BPPT
25
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
hingga proses pelelehan berakhir, kemudian ketika temperatur lingkungan turun maka
material PCM akan berubah menjadi padatan, dan saat itulah PCM melepaskan panas latent.
Untuk
aplikasi
pendingin
ruangan,
PCM
didinginkan/dibekukan
terlebih
dahulu
menggunakan refrigerator/chiller. Air dingin dihasilkan selama periode diluar beban puncak,
dan air dingin tersebut didistribusikan ke gedung-gedung pada saat beban puncak, sehingga
biaya listrik yang digunakan menjadi lebih hemat. Tanki penampungan air dibuat dengan
menggunakan diffuser dengan tujuan untuk menghilangkan turbulensi akibat adanya
perbedaan temperatur di dalam tanki. Air dingin akan menempati bagian bawah tanki dan
disalurkan ke konsumen, sementara air hangat sisa pemakaian akan masih ke bagian atas
tanki, seperti digambarkan pada gambar di bawah ini:
Gambar II.13 Prinsip Kerja pendinginan gedung dengan memanfaatkan TES [8]
Sistem TES juga dapat mengurangi konsumsi energi tergantung pada desain spesifik seperti
ketika operator menggunakan pendingin pada beban penuh di malam hari. Sistem juga dapat
mengurangi energi pompa dan kipas dengan menurunkan temperatur air dan udara, sehingga
berakibat pada jumlah sirkulasi udara yang diperlukan.
Sistem TES dapat diaplikasikan untuk fasilitas komersial maupun industri, namun demikian
tetap harus memenuhi persyaratan untuk keekonomiannya. Sistem akan sesuai ketika beban
pendingin maksimum lebih besar dari beban rata-rata. Harga permintaan yang tinggi dan juga
PTKKE - BPPT
26
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
perbedaan harga listrik saat waktu beban puncak dan diluar beban puncak mempengaruhi
keekonomian sistem TES. Adapun biaya kapital sistem ini lebih tinggi dibanding sistem
pendinginan langsung konvensional, namun ada beberapa faktor ekonomi yang dapat
menurunkan biaya kapital tersebut.
Teknologi TES telah diterapkan lebih dari puluhan tahun. Beberapa perusahaan secara
komersial memproduksi produk dengan menggunakan teknologi ini. Dari sisi teknologi, ada
sedikit metode penyimpanan termal yang sederhana ataupun dapat digunakan secara
langsung. Sistem ini menghasilkan es selama periode diluar beban puncak dan
mengkonsumsinya untuk pendinginan selama periode beban puncak. Sebagai contoh sistem
TES pada HVAC adalah sistem Ice Energy Ice Bear seperti gambar di bawah ini. Teknologi
ini merupakan sistem penyimpan energi termal yang ditargetkan untuk instalasi bangunan
rendah. Sistem terdiri atas 4 komponen primer yaitu penyimpan es terinsulasi, kompresor es,
sistem refrigerator dan kontroller. Vendor merakit sistem dengan sistem pendingin atap yang
ada dengan blower. Operator menggunakan sub sistem kondensor untuk menyimpan es di
malam hari dan mendinginkan ruangan di siang hari.
Gambar II.14 TES-HVAC dengan integrasi pendingin pada AC [2]
Elemen utama TES-HVAC adalah desain koil es, kontroller and interfase kontrol. Para
insinyur mendesain koil es dan sub sistem aliran refrigeran untuk memaksimalkan perubahan
energi pada semua temperatur dengan menggunakan sistem umpan cair dengan jumlah
pelumas sedikit. Karena sub sistem diisolasi dari kompresor, peralatan dapat secara mandiri
mengontrol ratio pelumas untuk memelihara beroperasinya kompresor. Aliran refrigeran
menggunakan pompa yang bisa diatur untuk mengatur konsumsi es selama beroperasi.
Tergantung pada konfigurasi sistem, pendingin dapat berukuran kecil dari yang diperlukan
PTKKE - BPPT
27
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
untuk pendinginan langsung sehingga peralatan seperti kipas pendingin, pompa air maupun
kipas kondensor dapat dibuat dengan ukuran kecil. Manufaktur membatasi energi
pemompaan dengan meningkatkan temperatur air pendingin. Sistem penyimpan juga dapat
meningkatkan penggunaan panas recoveri dan strategi ekonomiser. Manufaktur mendesain
interfase kontroller untuk bekerja dengan data aplikasi dan memberikan informasi melalui
internet.
TES untuk sistem HVAC merupakan pendekatan teknologi yang sudah matang. Tujuannya
untuk memaksimalkan efektifitas sistem untuk memindahkan beban pendingin. Desain ini
juga merupakan implementasi yang sesuai/tepat untuk mendukung pasokan jaringan listrik.
Sejumlah desain dapat membuat sistem TES lebih efisien dibanding tanpa penyimpan. Sistem
penyimpan dapat membuat pendingin beroperasi dengan beban penuh pada saat malam hari
dan beroperasi secara beban penuh atau parsial di siang hari.
I.4.
Hidrogen sebagai Sistem Penyimpan Energi
Hidrogen sebagai media penyimpanan energi juga sedang gencar dikembangkan oleh negaranegara maju. Hidrogen merupakan pembawa energi yang penting untuk masa datang karena
hidrogen dianggap memiliki kandungan energi tertinggi dibandingkan dengan bahan bakar
lainnya. Dengan demikian hidrogen dapat dijadikan sebagai bahan bakar alternatif pengganti
bahan bakar fosil seperti batu bara, minyak mentah, gas alam dan turunannya. Hidrogen dapat
digunakan pada mesin pembakaran internal konvesional atau fuel cell yang mengubah energi
kimia secara langsung menjadi energi listrik tanpa pembakaran.
Hidrogen merupakan sumber energi yang bersih, handal dan ketika terjadi pembakaran akan
dihasilkan air sehingga hidrogen merupakan gas yang ramah lingkungan. Kekurangannya,
meskipun tersedia dalam jumlah yang melimpah, pada umumnya hidrogen ditemukan dalam
ikatan hidrokarbon ataupun air. Sehingga untuk memanfaatkannya diperlukan proses
pemisahan terlebih dahulu dari senyawanya. Beberapa metode pemisahan hidrogen dari unsur
senyawanya antara lain:[7]
1. Steam Reforming
Dalam proses ini, gas alam seperti metana, propana atau etana direaksikan dengan steam (uap
air) pada suhu tinggi (700~1000oC) dengan bantuan katalis, untuk menghasilkan hidrogen,
karbon dioksida (CO 2 ) dan karbon monoksida (CO). Sebuah reaksi samping juga terjadi
PTKKE - BPPT
28
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
antara karbon monoksida dengan steam, yang menghasilkan hidrogen dan karbon dioksida.
Persamaan reaksi yang terjadi pada proses ini adalah:
CH 4 + H 2 O --> CO + 3H 2
CO + H 2 O --> CO 2 + H 2
Gas hidrogen yang dihasilkan kemudian dimurnikan, dengan memisahkan karbon dioksida
dengan cara penyerapan.
Saat ini, steam reforming banyak digunakan untuk memproduksi gas hidrogen secara
komersil di berbagai sektor industri, diantaranya industri pupuk dan hidrogen peroksida
(H 2 O 2 ). Akan tetapi metode produksi seperti ini sangat tergantung dari ketersediaan gas alam
yang terbatas, serta menghasilkan gas CO 2 , sebagai gas efek rumah kaca.
2. Gasifikasi Biomasa
Metode yang kedua adalah gasifikasi biomasa atau bahan alam seperti jerami, limbah padat
rumah tangga atau kotoran. Di dalam prosesnya, bahan-bahan tadi dipanaskan pada suhu
tinggi dalam sebuah reaktor. Proses pemanasan ini mengakibatkan ikatan molekul dalam
senyawa yang ada menjadi terpecah dan menghasilkan campuran gas yang terdiri dari
hidrogen, karbon monoksida dan metana. Selanjutnya dengan cara yang sama seperti pada
steam reforming, metana yang dihasilkan diubah menjadi gas hidrogen.
Gasifikasi biomasa atau bahan organik memiliki beberapa keunggulan, antara lain
menghasilkan lebih sedikit karbon dioksida, sumber bahan baku yang berlimpah dan
terbarukan, bisa diproduksi di hampir seluruh tempat di dunia serta biaya produksi yang lebih
murah.
3. Gasifikasi Batu Bara
Gasifikasi batu bara merupakan metode pembuatan gas hidrogen tertua. Biaya produksinya
hampir dua kali lipat dibandingkan dengan metode steam reforming gas alam. Selain itu, cara
ini pula menghasilkan emisi gas buang yang lebih signifikan. Karena selain CO 2 juga
dihasilkan senyawa sulfur dan karbon monoksida.
PTKKE - BPPT
29
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
Melalui cara ini, batu bara pertama-tama dipanaskan pada suhu tinggi dalam sebuah reaktor
untuk mengubahnya menjadi fasa gas. Selanjutnya, batu bara direaksikan dengan steam dan
oksigen, yang kemudian menghasilkan gas hidrogen, karbon monoksida dan karbon dioksida.
4. Elektrolisa Air (H 2 O)
Elektrolisa air memanfaatkan arus listrik untuk menguraikan air menjadi unsur-unsur
pembentuknya, yaitu H 2 dan O 2 . Gas hidrogen muncul di kutub negatif atau katoda dan
oksigen berkumpul di kutub positif atau anoda.
Hidrogen yang dihasilkan dari proses elektrolisa air berpotensi menghasilkan zero emission,
apabila listrik yang digunakan dihasilkan dari generator listrik bebas polusi seperti energi
angin atau panas matahari. Namun demikian dari sisi konsumsi energi, cara ini memerlukan
energi listrik yang cukup besar.
Selain keempat metode di atas, masih ada metode lain untuk memproduksi gas hidrogen,
yaitu antara lain photoelectrolysis, dekomposisi air pada suhu tinggi (themal decomposition of
water), photobiological production, plasmatron, fermentasi bahan organik dan lain-lain.
Para peneliti menunjukkan bahwa hidrogen dapat digunakan secara langsung pada Internal
Combustion Engine/mesin diesel dan hanya memerlukan sedikit modifikasi seperti dalam
turbin gas. Efisiensi energi dari fuel cell berkisar antara 40-60%, tergantung pada teknologi
yang digunakan. Mesin dengan menggunakan bahan bakar fosil mempunyai efisiensi yang
rendah, sementara sistem turbin gas dapat mencapai 60%. Fuel cell temperatur tinggi dapat
menghasilkan listrik dan panas yang berguna untuk pemanasan. Sistem ini dapat mencapai
efisiensi hingga 80%.
Gambar II.15 Sistem Penyimpan Energi Hidrogen [2]
Pengembangan teknologi fuel cell dalam beberapa tahun ini mengalami kemajuan yang pesat.
Beberapa perusahaan besar mulai komersialisasi fuel cell. Dibanding sistem penyimpan
PTKKE - BPPT
30
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
lainnya, sistem fuel cell terbilang mahal dengan biaya 3.000 US$/kW-5.000. Namun
demikian, harga ini akan mengalami penurunan seiring dengan pengembangan teknologi dan
pembuatan dalam skala besar. Adapun yang menjadi kelemahan fuel cell adalah :
a. harga pasaran yang relatif lebih tinggi dari listrik yang ada saat ini
b. belum tersedianya infrastruktur yang memadai, atau biaya pengadaannya tinggi
c. Hidrogen sebagai bahan bakar utama tidak tersedia dengan mudah
d. Kecepatan reaksi yang terjadi lambat
e. Tingkat keamanannya masih rendah
Dari keseluruhan jenis teknologi penyimpanan energi seperti yang dijelaskan diatas maka
dapat digambarkan perbandingan karakteristik dari setiap jenis teknologi yang dipilih untuk
keperluan setiap aplikasi yang akan diterapkan seperti terlihat pada gambar dibawah ini:
Gambar II.16 Posisi Teknologi Penyimpanan energi pada setiap aplikasi yang diterapkan [1]
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa pemilihan teknologi penyimpanan energi sangat
tergantung pada biaya teknologi dan keuntungan yang diperoleh dalam hal ini kapasitas daya
(MW) dan kapasitas energi (MWh) yang dapat dibangkitkan. Setiap aplikasi yang diterapan
tentunya memiliki persyaratan umum dalam menentukan kapasitas penyediaan energinya.
Tabel dibawah ini adalah persyaratan umum yang harus dipenuhi oleh teknologi
penyimpanan energi pada setiap aplikasi yang diterapkan:
Tabel II.1 Persyaratan umum yang harus dipenuhi oleh teknologi penyimpan energi untuk
setiap aplikasi
PTKKE - BPPT
31
2013
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
Aplikasi
Sistem
integrasi
Energi
Alternatif
Deskripsi
Integrasi sistem
pembangkit listrik
tenaga angin: ramp &
voltage support
Penyimpanan diluar
beban puncak
Integrasi sistem
pembangkit PV
T & D di perkotaan
dan di pedesaan
T & D di perkotaan
dan di pedesaan
Pendukung utilitas
Kapasitas
1 – 10 MW
(pembangkit
tersebar)
100 – 400 MW
(Terpusat)
100 – 400 MW
Durasi
15 min
Siklus /Tahun
5000/tahun
10000 siklus
energi penuh
Lifetime (tahun)
20
5- 10 jam
300 – 500
20
1 - 2 MW
15 menit – 4
jam
2 – 6 JAM
>4000
Stasionary
10 – 100 MW
T & D Support
Transportable
1 – 10 MW
2 – 6 JAM
T & D Support
DESS
25 – 200 kW (
2-4 jam
(Distributed
1 fasa)
Energy
25 – 75 kW (3
Storage
fasa)
Systems
C&I
Solusi untuk
50 – 500 kW
< 15 menit
Kualitas Daya
mengatasi kedip
1000 kW
>15 menit
C&I
Back up daya UPS
50 – 1000 kW
4 – 10 jam
Realibility
daya
C&I
Mengurangi biaya
50 – 1000 kW
3-4 jam
Manajemen
energi
1 MW
energi
4 – 6 jam
Energi
Penghematan biaya
2 – 5 kW
2 – 4 jam
manajemen di
energi
rumah tinggal
T & D = Transmission and Distribution, C & I = Commercial & Industrial
Sumber: diolah dari EPRI, 2010
15
300 – 500
15 – 20
300 – 500
15 – 20
100 – 150
10 – 15
<50
10
<50
10
400 – 1500
15
150 – 400
10 - 15
Untuk memenuhi persyaratan di atas maka berikut ini adalah status teknologi yang sudah siap
dan belum siap digunakan.
Tabel II.2 Status teknologi penyimpanan energi
Teknologi
Baterai Lead Acid
Mature
Pumped Hydro
Mature
NiCd (Nikel Kadmium)
Komersial
NaS (Sodium – Sulfur)
Komersial
CAES generasi pertama
Komersial
CAES generasi kedua
Zn/Br
NiMH
Vanadium Redox
Advance Lead Acid, Li-Ion
Fe/Cr
NaNiCl 2
Zn/air, Zn-Cl, Li-Ion
Nano Fuel CAES
Nano superkapasitor
Sumber : EPRI, 2010
Status
Keterangan
Sudah banyak produsen dan
penggunanya
Sudah banyak produsen dan
penggunanya
Sudah ada yang memproduksi
dan mempromosikannya
Sudah ada yang memproduksi
dan mempromosikannya
Sudah ada yang memproduksi
dan mempromosikannya
Demo plant
Demo plant
Demo plant
Demo plant
Pilot Plant
Pilot Plant
Pilot Plant
Tahap penelitian
Tahap Ide gagasan
Tahap ide gagasan
PTKKE - BPPT
32
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
Adapun keuntungan dan kelebihan dari setiap teknologi penyimpan energi dapat dirangkum
pada tabel di bawah ini:
Tabel II.3 Kelebihan dan kekurangan teknologi penyimpan energi
Teknologi
Kelebihan
Kekurangan
Pumped Hydro
Biaya rendah, kapasitas tinggi
Sangat tergantung pada kondisi site
CAES
Biaya rendah, kapasitas tinggi
Sangat tergantung pada kondisi site,
membutuhkan bahan bakar gas
Flow Baterai
Kapasitas tinggi, Independent
power dan energy
Memiliki densitas energi yang rendah
Metal – air
Memiliki densitas energi yang
tinggi
Mengalami kesulitan pada proses
charging
NaS
Memiliki densitas dan efisiensi
yang tinggi
Biaya produksi yang mahal,
memerlukan disain keamanan yang
lebih khusus
Li-Ion
Memiliki densitas dan efisiensi
yang tinggi
Biaya produksi yang mahal,
memerlukan charging circuit yang
khusus
Ni-Cd
Memiliki densitas dan efisiensi
yang tinggi
Lead – Acid
Rendah biaya
Life Cycle yang terbatas saat
pelepasan
Flywheels
Daya yang tinggi
Memiliki densitas energi yang
rendah
E.C Capasitas
Life cycle yang lebih lama,
efisiensi yang tinggi
Memiliki densitas energi yang
rendah
VRB, PSB, ZnBr
PTKKE - BPPT
33
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
BAB III. DATA BIAYA TEKNOLOGI PENYIMPAN ENERGI
Pada bab ini akan dibahas mengenai biaya modal dan data performance dari setiap teknologi
penyimpan
energi
berdasarkan
pengalaman
dari
beberapa
negara
yang
sudah
mengaplikasikannya. Perkiraan biaya dan performansi dihitung untuk setiap aplikasi
penggunaan. Data-data perhitungan keekonomian ini diperoleh dari hasil penelitian EPRI
pada tahun 2010. Dalam perhitungan biaya tersebut, EPRI menggunakan pendekatan estimasi
atas biaya untuk instalasi, interkoneksi dan integrasi jaringan. Perkiraan biaya itu sendiri
menggunakan analisa pada data-data proyek yang sudah berlalu dan harga saat ini serta
asumsi-asumsi yang menjadi dasar perhitungan. Berikut ini adalah tabel-tabel yang
menunjukkan data-data biaya teknologi penyimpanan untuk setiap aplikasi.
Tabel III.1 Data biaya teknologi penyimpanan energi masal untuk mendukung sistem
integrasi energi terbarukan skala besar [1]
Adapun asumsi-asumsi yang digunakan dalam perhitungan data diatas adalah sebagai berikut:
1.
Semua sistem merupakan sistem modular, data yang digunakan adalah data tahun 2010
yang diperoleh dari vendor.
PTKKE - BPPT
34
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2.
2013
Untuk semua pilihan teknologi, proses dan biaya kontingensi tergantung pada
kematangan teknis dari sistem
3.
Untuk teknologi Pumped hydro: durasi pengisian bisa melebihi 10 jam. Pada perhitungan
ini data biaya yang lebih update sangat terbatas. Biaya itu sendiri sangat terganturng pada
leokasi proyek.
4.
Baterai lead-acid: perkiraan biaya didasarkan pada tingkat kecanggihan industri baterai.
Biaya
penggantian
baterai
untuk
sementara
tidak
ditampilkan
namun
perlu
dipertimbangkan sebagai biaya O&M dalan setiap analisis life cyclenya.
5.
Pilihan teknologi baterai aliran belum dibangun untuk aplikasi jaringan yang skala besar.
Perkiraan didasarkan pada desain konseptualnya.
Tabel III.2 Pilihan teknologi penyimpan energi untuk pengaturan frequency [1]
Untuk semua pilihan teknologi di atas biayanya sangat tergantung pada tingkat kematangan
sistem. Teknologi Flywheel digunakan pada aplikasi ini meskipun data durasi dan biaya life
cyclenya belum dapat ditunjukkkan saat ini karena masih terbatasnya data pengguna
teknologi flywheel.
PTKKE - BPPT
35
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
Tabel III.3 Pilihan teknologi penyimpanan energi untuk pendukung T & D jaringan[1]
Pada perhitungan data di atas, diasumsikan bahwa semua sistem dalam bentuk modular.
Baterai sodium-sulfur sudah proven digunakan pada aplikasi pendukung T & D sistem
jaringan. Teknologi baterai aliran
seperti VRB, Zn/Br, Fe/Cr dan Zn/Air untuk sistem
jaringan saat ini masih sangat terbatas penggunanya. Untuk baterai Li-Ion kimia, ada
beberapa suplier yang menyatakan sanggup membuat kapasitas 1 – 10 MWS untuk aplikasi
ini.
Tabel III.4 Biaya penyimpanan energi untuk aplikasi manajemen energi pada sektor
komersial dan industri [1]
PTKKE - BPPT
36
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
Pada sektor komersial dan industri, teknologi penyimpanan energi digunakan untuk alat ukur
manajemen energi, kualitas daya dan reability. Teknologi CAES, Baterai aliran dan flywheel
tidak digunakan untuk aplikasi ini. Baterai lead acid dengan kapasitas giga watts hour
digunakan sebagai buck up dan UPS.
Tabel III.5 Biaya penyimpanan energi untuk aplikasi manajemen energi sektor rumah tangga
[1]
Seperti halnya di sektor komersial, baterai digunakan untuk back-up daya dan alat ukur
manajemen energi serta kualitas daya. Teknologi baterai aliran dan CAES juga tidak cocok
digunakan untuk aplikasi ini.
Untuk semua sistem di atas, kedepannya biaya penyimpanan energi yang timbul akan
semakin berkurang seiring dengan semakin provennya teknologi tersebut serta semakin
banyaknya konsumen yang menggunakan teknologi-teknologi penyimpanan energi di atas.
PTKKE - BPPT
37
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
BAB IV. ANALISA KESENJANGAN DAN STRATEGI PENGEMBANGAN
TEKNOLOGI PENYIMPANAN ENERGI
I.5.
Analisa Kesenjangan Teknologi
Dari sekian teknologi penyimpanan energi yang berkembang di dunia, ternyata Indonesia
masih tertinggal jauh dalam pengembangannya. Kesenjangan ini mengakibatkan harga
penyimpanan energi dan harga jual listriknya menjadi mahal. Pada bab ini akan diuraikan
faktor yang menjadi penyebab terlambatnya Indonesia dalam pengembangan teknologi
penyimpanan energi diantaranya yaitu:
I.5.1. Pertumbuhan Pembangkit Listrik Energi Alternatif di Dalam Negeri
Industri EBTKE di Indonesia belum sepenuhnya berkembang karena kebijakan insentif dan
standarisasi portofolio energi belum ada. Hal ini menyebabkan tingkat komponen dalam
negeri (TKDN) dari teknologi EBTKE masih sangat rendah. Sebagai pembanding, industri
modul surya di China telah berkembang sangat pesat akibat dari dukungan pemerintah yang
sangat besar. Pada tahun 2012, kapasitas industri modul surya di negara tersebut mencapai 50
GW, hampir dua kali lipat kapasitas dunia, tidak termasuk China. Lebih dari 90%
produksinya diekspor ke luar negeri.
Permasalahan yang menyebabkan perkembangan EBT sangat lambat cukup beragam dari
kebijakan, teknologi, sosial hingga kelembagaannya. Selain hal tersebut, kebijakan harga
BBM yang masih disubsidi juga menjadi penghambat perkembangan teknologi EBT dan juga
konservasi energi (EBTKE) di Indonesia. Kebijakan Feed in Tariff (FIT) juga belum
sepenuhnya diterapkan, baru sebatas pada biomasa/biofuel.
Pemanfaatan energi baru terbarukan (EBT) di Indonesia masih berkisar 6% (sekitar 9%
apabila biomasa komersial diperhitungkan), padahal potensinya sangat besar. Dari sisi
pembangkitan listrik, baru sekitar 10% listrik yang diproduksi PLN disumbang oleh EBT.
Pemanfaatan EBT di salah satu negara ASEAN seperti Philipina telah mencapai sekitar 39%,
dimana sebagian besar disumbang oleh geothermal, hidro dan angin. Kapasitas pembangkit
PTKKE - BPPT
38
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
geothermal Philipina terbesar kedua di dunia, sedangkan untuk angin (bayu) adalah yang
paling besar untuk kawasan ASEAN.
I.5.2. Industri Baterai di Indonesia
Untuk mendukung penyediaan energi bersih, industri memegang peranan penting mengingat
pada industrilah produksi masal baterai sekunder terjadi. Di Indonesia, industri yang bergerak
dalam proses produksi baterai dapat dihitung dengan jari saja dan umumnya hanya
memproduksi baterai sekunder jenis SLI (starting, lightning and ignition) untuk mobil dan
jika pasar kendaraan listrik serta pembnagkit listrik energi alternatif telah terbentuk dimasa
yang akan datang, kebutuhan akan baterai sekunder yang memiliki kapasitas jenis dan
kerapatan energi yang tinggi mutlak dibutuhkan. Dengan sendirinya, industri baterai di
Indonesia juga akan mengarah kepada baterai sekunder dengan karakteristik tersebut.
Berikut ini adalah data industri baterai yang ada di Indonesia.
Tabel IV.1 Data Industri produsen baterai di Indoneisa [9]
No.
Nama Perusahaan
Nama Produk
1.
PT. Indobatt
NGS, NEO, Volcano
2.
PT. Gramitama Battery
GBI, GS Premium,
OSAKA, Yama
3.
PT. Yuasa Battery
4.
PT. International Chemical
Industry
5.
PT. World Star Battery
Indonesia
Yuasa Pafecta, Yuasa
Maintenance Free,
Yuasa Hibrid, Yuasa
Yumicron, Yuasa
VRLA, Yuasa Super MF
ABC Alkaline, ABC
Super Power, ABC New
Special, ABC Dry Cell,
ABC Economy
WS Worldstar
6.
PT. Leoch Battery Indonesia
LP, LPX, LHR, LPL,
LPF, DJW, LPG, LPGFT, LPC
7.
PT. Nippress, Tbk
NS
Keterangan
Lokasi pabrik di Krian, Jawa Timur.
Produksi baterai untuk mobil dan
sepeda motor
Lokasi pabrik di Sidoarjo, Jawa Timur.
Produksi baterai untuk mobil dan
sepeda motor
Lokasi pabrik di Tangerang, Banten.
Produksi baterai untuk mobil dan
sepeda motor
Lokasi pabrik di Cengkareng, Banten.
Produksi baterai kering (dry cell) untuk
keperluan tegangan sangat rendah
Lokasi pabrik di Surabaya, Jawa
Timur. Produksi baterai untuk mobil
dan sepeda motor
Lokasi pabrik di Daan Mogot
Tangerang, Banten. Aplikasi baterai
untuk kendaraan listrik, motor dan
mobil., UPS dan lain-lain. Selain
baterai, PT. LBI juga memproduksi
produk-produk lainnya seperti charger,
power inverter, golf car
Lokasi pabrik di Bogor, Jawa Barat.
Aplikasi baterai untuk mobil, motor,
mobil golf dan baterai industri
Dari sekian industri di atas, saat ini hanya PT. Nipress Tbk merupakan industri milik dalam
negeri, yang lain pada umumnya adalah PMA, sehingga kebijakan mereka untuk
PTKKE - BPPT
39
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
mengembangkan industri penyimpanan energi sangat tergantung pada kebijakan pusatnya.
Walaupun di dalam negeri ada permintaan jenis baterai yg tidak diproduksi di Indonesia,
maka perusahaan tersebut akan mensuplainya dari cabang perusahaan yang berada di negara
lain. Mereka tidak ada keinginan untuk membangun industri yang sama di Indonesia. Hal
inilah yang menyebabkan harga baterai masih mahal.
Saat ini PT. Nipress Tbk telah berhasil memproduksi baterai Lithium untuk mobil listrik dan
juga sedang mengembangkan baterai Lithium untuk BTS seluler. Namun demikian dalam
produksi dan pengembangan baterai Lithium tersebut, PT. Nipress baru sebatas pada
perakitan karena sel Lithiumnya masih diimpor dari negara luar. Dengan kondisi seperti ini
secara struktur Indonesia belum mampu mandiri dalam pengembangan teknologi
penyimpanan energi. Padahal jika dilihat dari potensi cadangan bahan tambang untuk
mendukung industri baterai Lithium yang sangat mencukupi seperti dijelaskan pada bab
sebelumnya, maka bisa dipastikan bahwa Indonesia sebenarnya mampu membangun industri
baterai lithium dengan pasokan bahan baku dalam negeri.
I.5.3. Lemahnya Pasar Indonesia
Menurut Mahendra saat ini industri Indonesia menghadapi tiga kelemahan utama yaitu:
pertama lemah terhadap ketergantungan impor yang berdampak pada defisit neraca transaksi
berjalan. Kedua yaitu lemah terhadap ketahanan fiskal karena kenaikan konsumsi dan subsidi
BBM yang berdampak menggerogoti ketahanan fiskal. Kelemahan ketiga yaitu, lemahnya
produk Indonesia menembus pasar internasional.
Dewasa ini, maraknya perdagangan bebas mengakibatkan banyaknya barang-barang impor
dari luar negeri yang masuk ke Indonesia dan tentu saja berdampak pada penjualan produk
lokal (dalam negeri). Seperti halnya produk-produk buatan China yang sudah menjamur di
berbagai tempat. Hal ini membuat persaingan antara produk dalam negeri dan luar negeri
semakin berat. Terlebih lagi, seperti yang telah diketahui bahwa produk buatan China
menawarkan harga yang relatif lebih murah dibandingkan dengan harga produk dalam negeri.
Kualitas produk yang dibuatnya pun sudah dapat dikatakan bagus. Sementara produk dalam
negeri tidak dapat mengimbangi produk buatan luar negeri, seperti China karena mahalnya
biaya transportasi dan ongkos produksi di Indonesia, membuat harga suatu produk tidak
kompetitif di pasar lokal apalagi pada pasar Internasional, hasil industri made in Indonesia
PTKKE - BPPT
40
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
saat ini nyaris hanya bisa bertahan pada pasar dalam negeri ini merupakan salah satu faktor
yang menyebabkan lemahnya daya saing produk dalam negeri.
Faktor yang menyebabkan lemahnya daya saing produk dalam negeri
1.
Mahalnya biaya transportasi dan ongkos produksi di Indonesia, membuat harga suatu
produk tidak kompetitif di pasar lokal apalagi pada pasar Internasional, hasil Industri
buatan Indonesia saat ini nyaris hanya bisa bertahan pada pasar dalam negeri, dan itupun
sudah mulai tertekan karena desakan barang yang sama dari China, harganya pun jauh
lebih murah, walaupun mutunya sulit untuk dipercaya.
2.
Kurangnya mutu produk dalam negeri dibandingkan dengan produk impor; kualitas SDM
yang rendah juga berakibat pada rendahnya mutu atau kualitas produk (barang maupun
jasa) yang dihasilkan. Hal ini karena belum maksimalnya penerapan sebuah teknologi
dalam proses produksi. Kebanyakan SDM hanya mengandalkan pengalaman saja tanpa
diiringi penguasaan konsep dan teknologi yang membuat tidak maksimalnya proses
produksi.
3.
Kurangya kesadaran dan kebanggaan untuk menggunakan produk dalam negeri.
Sudah menjadi rahasia umum bahwa produk buatan Indonesia berkelas lebih rendah
dibandingkan dengan produk luar negeri. Masyarakat Indonesia umumnya telah
melakukan pengaturan pada pola pikir mereka bahwa produk asal luar negeri selalu atau
bahkan selamanya akan memiliki kualitas yang lebih bagus dibandingkan produk dalam
negeri. [10]
Dalam hal kaitannya dengan industri baterai/penyimpan energi di Indonesia, tersendatnya
pengembangan teknologi penyimpan energi adalah sedikitnya permintaan atau kebutuhan
produk penyimpan energi untuk pembangkit energi alternatif, sehingga industri dalam negeri
menjadi ragu untuk mengembangkannya karena tidak adanya pasar yang dapat membuat
industri menjadi untung.
I.5.4. Kurangnya Fasilitas Laboratorium dan Peralatan Pengujian
Penelitian dan pengembangan teknologi penyimpanan energi memerlukan biaya yang sangat
besar dan fasilitas laboratorium serta perlengkapannya seperti misalnya:
PTKKE - BPPT
41
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
1.
2013
Alat uji karakteristik elektrokimia; Alat ini diperlukan untuk mengetahui sifat fisik
elektrokimia yang digunakan sehingga diperoleh bahan baku kimia yang sangat baik
untuk digunakan sebagai elektrolit.
2.
Dry room; yaitu sebuah ruangan yang digunakan untuk menjaga temperatur dan
kelembaban material produk.
3.
Reaktor deposisi material lapisan tipis
4.
Scanning electron microscope (SEM); yaitu mikroskop yang digunakan untuk
mendapatkan gambaran morfologi permukaan suatu benda dalam skala nano.
5.
Transmission electron microscopy (TEM) yaitu mikroskop yang memanfaatkan elektron
yang ditransmisikan melalui sample tipis yang akan diteliti.
6.
X-Ray diffraction (XRD) adalah perangkat yang digunakan untuk mengetahui struktur
kristal, komposisi kimia dan sifat fisik dari material atau lapisan film tipis.
I.5.5. Kebijakan Pemerintah dan Dukungan Pemerintah
Pemerintah juga melakukan upaya yang dapat meningkatkan produksi dalam negeri. Salah
satunya adalah dengan program P3DN. Program P3DN merupakan upaya Pemerintah untuk
mendorong masyarakat agar lebih menggunakan produk dalam negeri dibandingkan produk
impor. Salah satu bentuknya adalah mewajibkan instansi pemerintah untuk memaksimalkan
penggunaan hasil produksi dalam negeri dalam kegiatan pengadaan barang/jasa yang dibiayai
oleh APBN/APBD. Dengan demikian, barang/jasa yang telah memiliki Sertifikat Tingkat
Komponen Dalam Negeri (TKDN) akan memperoleh preferensi dari panitia lelang. Terkait
dengan hal tersebut, Kementerian Perindustrian menyelenggarakan kegiatan Verifikasi
Tingkat Komponen Dalam Negeri yang dibiayai sepenuhnya oleh APBN. Perusahaan yang
ingin disurvei cukup mendaftarkan diri tanpa dipungut biaya apapun.
Namun kebijakan lain yang mendorong terhadap tumbuhnya pasar industri teknologi
penyimpanan energi dirasakan sangat kurang sekali, kurangnya stimulus yang diberikan
terhadap pasar serta bantuan kepada industri untuk lebih mengembangkan
Langkah lainnya adalah dengan memaksimalkan peran akademisi seperti para peneliti dan
ahli ilmu teknologi untuk menunjang dunia usaha. Inovasi teknologi sangat dibutuhkan dalam
persaingan produk yang dipasarkan. Saat ini, kita sudah berada di jaman yang mengutamakan
teknologi, sehingga produk yang dipasarkan merupakan produk hasil teknologi. Dengan
penggunaan teknologi, juga dapat menekan biaya produksi yang sampai saat ini masih banyak
PTKKE - BPPT
42
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
dilakukan dengan tenaga tradisional, yang akan meningkatkan efektivitas baik dari segi biaya
maupun waktu.[10]
Selama ini penelitian tentang teknologi baterai di perguruan tinggi Indonesia belum terlalu
banyak dilakukan hal ini dikarenakan adanya keterbatasan infrastruktur laboratorium
pengujian serta biaya riset yang cukup besar.
I.6.
Roadmap Pengembangan Industri Penyimpanan Energi untuk Aplikasi Smart
Grid di Indonesia
Merujuk pada target pemerintah tentang capaian bauran energi nasional pada tahun 2025 yang
mana diharapkan bahwa peran energi alternatif termasuk energi terbarukan lebih besar
dibandingkan dengan energi fosil. Untuk mencapai target tersebut diperlukan fasilitas
pendukung seperti penyimpanan energi yang handal.
Dalam upaya pengembangan teknologi penyimpanan energi yang handal untuk sistem smart
grid maka diperlukan roadmap sebagai gambaran langkah pengembangan teknologi
penyimpanan energi. Mengingat bahwa saat ini Indonesia memiliki cadangan bahan baku
Lithium serta program smart grid dengan menggunakan baterai VRB, maka Roadmap yang
dibuat adalah untuk mengembangkan kedua teknologi tersebut di atas yaitu baterai Li-Ion dan
Vanadium Redoks (VRB)
Berikut ini adalah rancangan roadmap pengembangan teknologi penyimpanan energi untuk
sistem smart grid tahun 2014 – 2025.
Gambar IV.1 Rancangan roadmap pengembangan teknologi Baterai untuk sistem smart grid
Tahun 2014 – 2025
PTKKE - BPPT
43
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
Pelaksanaan roadmap di atas dapat dilakukan melalui beberapa tahapan yaitu seperti terlihat
pada tabel dibawah ini:
Tabel IV.2 Tahapan pelaksanaan roadmap industri baterai di indonesia
Isu Topik Kegiatan
Rencana Aksi
Diskusi sinergi para peneliti
Waktu Pelaksanaan
2014
antar lembaga LitBang
Riset Elektroda, polimer
2014 – 2015
elektrolit dan teknologinya
Riset aspek keselamatan
LITBANG
2015 - 2016
baterai , baterai yang ramah
lingkungan, baterai yang
ringan dan ekonomis
Pembangunan Fasilitas
2016
Laboratorium Uji Baterai yang
teritegrasi
Brainstorming para peneliti
2014
dan akademisi yang bergerak
dibidang penyimpanan Energi
Pembentukan konsorsium
Pengembangan Produk
2015 -2016
Baterai Li-Ion dan VRB
Pembuatan protoype bersama
2017 – 2018
industri yang siap
mengembangkan
Pasar
Pengujian Prototype
2018 - 2020
Analisa pasar oleh stakeholder
2020 – 2021
Promosi
2022 – 2023
Tumbuhnya industri baterai
2024 – 2025
untuk sistem smart grid
Komersialisasi produk baterai
2024 – 2025
dalam negeri
PTKKE - BPPT
44
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
BAB V. KESIMPULAN DAN REKOMENDASI
I.7.
Kesimpulan
Peranan industri penyimpanan energi sangat penting di Indonesia karena dengan adanya
industri penyimpanan energi yang mandiri akan dapat mendukung upaya penyediaan energi
yang bersih serta sistem jaringan yang cerdas. Untuk merealisasikan terbentuknya industri
penyimpanan energi jenis deep cycle di Indonesia diperlukan sinergi antara pemerintah,
lembaga litbang, perguruan tinggi dan industri yang sesuai dengan perannya masing-masing
dan saling interdependence satu dengan yang lainnya sehingga kedepannya diharapkan dapat
menjawab tantangan yang ada. Dengan adanya industri penyimpanan energi yang mandiri
maka kebutuhan akan baterai sekunder jenis deep cycle di Indonesia dapat dipasok dengan
mudah oleh produk-produk dalam negeri yang pada akhirnya akan membawa manfaat bagi
perekonomian bangsa.
I.8.
Rekomendasi
Berdasarkan hal-hal tersebut di atas, maka ada beberapa catatan penting yang dapat diajukan
sebagai rekomendasi dari kajian ini yaitu sebagai berikut:
1.
Perlu segera dibuat forum yang membahas secara intensif tentang teknologi penyimpanan
energi.
2.
Perlu adanya sharing hasil penelitian
teknologi penyimpanan energi yang sudah
dilakukan sebelumnya
3.
Perlu dibuat kolaborasi riset antar perguruan tinggi, lembaga litbang dan industri tentang
teknologi penyimpanan energi untuk sistem smart grid.
4.
Perlu adanya lembaga yang khusus membidangi pengujian baterai sekunder yang
dilengkapi dengan fasilitas laboratorium yang canggih.
5.
Perlu segera dibuat kebijakan yang sifatnya dapat menaungi dan menstimulus penelitian
di bidang baterai sekunder.
PTKKE - BPPT
45
Kajian Roadmap Pengembangan Energy Storage untuk Smart Grid System
2013
DAFTAR PUSTAKA
[1]
D. Rastler, “Electricity Energy Storage Technology Options”, Final Report –
EPRI,California-USA, December 2010
[2]
-----, “2020 Strategic Analysis of Energy Storage in California”, Final Project Report,
PIER, California, November 2011
[3]
-------, “Energy Storage – A Key Enabler of Smart Grid,” NETL – USA, September
2009
[4]
-----, “Flywheel Energy Storage System Data Sheet”, Beacon Power, USA, 2012
[5]
Albeth Y W, Dony Sadaka R, Didik Margi U, “Aplikasi Pembangkit Listrik Tenaga
Surya”, Makalah Energi Alternatif, Politeknik Negeri Semarang, Indoneisa, 2012
[6]
Izzu Farhan F, Ocky Meilanie P, Ratih Harumsari, “Solar Thermal Energy Sorage”,
Bahan Presentasi, Manajemen Gas-Teknik Kimia UI, Indonesia, 2011
[7]
http://anekailmu.blogspot.com/2009/04/pembuatan-gas-hidrogen-h2.html
[8]
www.dntanks.com/storage-types/termal.energy.storage/termal-energy-storage-tanks/_
[9]
Chaerul Hudaya, “ Peranan Riset Baterai Sekunder dalam Mendukung Penyediaan
Energi Bersih di Indonesia 2025”, KIST
[10]
Mitha Filandari, “Lemahnya Daya Saing Produk Dalam Negeri Terhadap Produk Luar
Negeri”, Gunadarma, 2013
PTKKE - BPPT
46
Download